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晶体管放大器的工作点

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发表于 2015-7-20 10:38:01 | 显示全部楼层 |阅读模式
晶体管放大器和电子管放大器一样,晶体管放大器工作点的选择在于确定没有信号时各个电极上的直流电流和电压。
如果利用两个独立的电源Ec和Ee来给晶体管供电(图1),就很容易确定它的工作点,即无信号时的发射极电流Ie,集流极电流Ic和集电极电压Ucb。

晶体管放大器电路

晶体管放大器电路

我们知道,在发射结上加的是正向电压,所以发射结上的电压降Ueb很小(锗晶体管为0.15~0.3伏,硅晶体管约为0.5伏)。因此,实际上可以认为Ie只由电阻Re来决定,即
公式.png
根据这些式子,就可以确定出Re和Rc的数值,也就是确定出工作点来。在式(2)中,a是晶体管的共基极短路电流放大系数,Ico是集电极反向电流。这个电流不受发射极电流的控制,而只决定于晶体管的结构和温度。对于一般小功率晶体管(如П6),在室温下的Ico约为2~15微安。温度升高10℃,Ico约增加一倍。Ico随温度的增加,会使集电极电流Ic增加。也就是说,晶体管的工作点会随温度的变化而变化。工作点的变化会使工作条件变坏,如使晶体管参数变化,放大量减小,造成失真等等。不仅如此,Lc的增加将使集电极损耗增加,温度就会进一步升高,使Ic继续增加,这样循环下去,最后有可能使Ic超过额定值,使晶体管完全不能工作。因此,在使用晶体管时,要考虑工作点对温度的稳定性问题。对于不同的电路,Ico的增加使Icc增加的程度是不同的,也就是Ico的变化对工作点的影响程度不同。在图1的电路中,Ic由式(2)决定。一般晶体管的a在0.9~1.0的范围内,而Ie比Ico大好几十倍,所以Ico随温度变化时,对Ic的影响很小。因此当温度变化时,这个电路的工作点基本上是稳定的。大家知道,即使是两个型号相同的晶体管,由于制造工艺上的原因,它们的参数也会有差别。同一个电路,用这个晶体管时工作点正合适,换用另一个晶体管时工作点就变了。所以在使用晶体管时,还要考虑工作点在换用晶体管时的稳定性问题。在图1的电路中,换用晶体管时,虽然a和Ico都改变了,但是a的改变不大(在0.9~1.0的范围内,顶多变化零点零几),而Ico的改变对Ic的影响不大,所以Ic基本上不变,工作点还是很稳定的。

晶体管放大电路

晶体管放大电路

这个电路的缺点是需要用两个独立的电源。在实际应用的电路中,常用一个电源供电。最简单的由一个电源供电的电路如图2所示。这个电路中,电源通过Rb供给基极电流。由于Ube很小,实际上可以认为
公式2.png
根据这些式子可以确定出Ib、Ic和Uce,即晶体管的工作点。式中β=a1-a是晶体管共发射极短路电流放大系数。当a=0.9时,β=9;a=0.95时,β=19;a=0.99时,β=99。由此可见,当两个晶体管的a相差很小时,它们的β可能相差很大。从式(5)可以看到,当Ico因温度增加而增加△Ico时,Ic就要增加(1+β)△Ico。另一方面,在正常温度下,Ico的大小和基极电流Ib的大小是可以相比的。因此,Ico的变化对Ic的影响很大,也就是工作点随温度的改变很大。另外,由于同型号的各个晶体管的β以及Ico可能相差很大,所以当更换管子时,根据式(5),Ic也将变化,也就是工作点改变了。因此,在使用这种电路时,对每一个具体的管子,Rb不能直接用电路中标的数值,而需要另外选用一个和所标数值相近的数值。例如,在简单的收音机中,可以根据耳机中的声音强弱和好坏来选一个合适的电阻Rb。

晶体管放大器电路图

晶体管放大器电路图

为了使工作点稳定,可以采用各种不同的办法。图3是一种简单的稳定电路。当Ic由于温度上升或更换晶体管而增大时,Ie随着增大,发射极中的电阻Re上的电压降就要增加,于是电路中点1和点2间的电位差减小,流过电阻Rb的基极电流Ib减小。由式(5)可见,Ib减小时,βIb减小,因而将使Ic减小。这就或多或少地使Ic的增加得到补偿,从而保持工作点的稳定。为了不使电阻Re对被放大的交流信号产生同样的负反馈作用,在Re两端并联一个容量很大的电容器,一般是用电解电容器。

晶体管放大器电路图

晶体管放大器电路图

图4是另一种简单的工作点稳定电路。当Ic由于温度增加或更换晶体管而增加时,Rc上的电位降加大,1、2两点间的电位差减小,Ib减小,从而又使Ic减小。因此可以使Ic保持稳定。这种电路的缺点是对交流信号也有负反馈作用,会使放大量降低。为了减小交流信号的负反馈,有时象图5那样把Rb分成两个电阻Rb1和Rb2,用一个大容量的电容器C把交流信号旁路,以免反馈到基极中去。

晶体管放大电路图

晶体管放大电路图

为了提高稳定度,可以把图3和图4的电路综合成为图6的电路。

晶体管放大器电路图6

晶体管放大器电路图6

图7是一种常用的、效果较好的电路。R1和R2组成一个分压器,把电源电压E分成Ec和Ee两部分。R1和R2选得使I1和I2比Ib大得多,Ib的变化对分压作用影响很小,因此Ec和Ee的数值就相当固定,就好象两个独立的电源一样。

晶体管放大器工作点

晶体管放大器工作点

这样图7的电路就接近于图1的电路了。这时,如果忽略发射结的电压Ueb,Re上的电压就等于Ee,所以Ie=EeRe差不多是不变的。而Ic=aIe+Ico。根据和图1电路相同的理由,Ic在温度变化或更换管子时所发生的变化很小,所以这种电路的工作点是很稳定的。在这个电路中,R1、R2。越小,Re越大,稳定度就越高。
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