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电工理论知识-基本放大电路的静态分析

电工理论知识-基本放大电路的静态分析

点击数:7218 次   录入时间:03-04 12:01:58   整理:http://www.55dianzi.com   电工电器基础

  输入信号Ui,=0、只在直流电源UCC作用下电路的状态称作“静态”。静态分析就是求出此时的In、IC和Uce三数值。

  1.放大电路静态分析的估算法
  
  在静态分析中,应先估算Ib,再求Ic,最后算出Uce,下面举例说明。

  例1:对如图所示放大电路进行静态分析。

  直流下耦合电容C1、C2相当于开路,由直流通道求工作点上的Ib:由图可得Ib=  由晶体管放大原理可求得Ic:  由图又可求得工作点Uce=;Uce=Ucc-IcRc,式中IcRc前面的负号表示输出电压与集电极电流Ic反相,即与输入电压反相。

  例2:如图所示,电路中Uoc=10V,Rb=250kΩ,Rc=3kΩ,β=50,试求该放大电路的静态工作点Q。

  【提示】计算中一定要弄明白各量的单位,并注意单位间的换算。

  为什么要设置静态工作点?不设置静态工作点行吗?为了说明这个问题,我们假如不设置静态工作点,此时的输入、输出信号波形如图所示。

  由此可见,为保证传输信号不失真地得到放大,必须在放大电路中设置静态工作点。

 



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  2.用图解法求解静态工作点
  
  利用晶体管的输入、输出特性曲线求解静态工作点的方法称为图解法,其分析步骤一般为:

  (1)画出输入、输出曲线
  
  按已选好的管子型号在手册中查找,或从晶体管图示仪上描绘出管子的输入、输出特性曲线,如图所示。

  (2)画出直流负载线
  
  此步骤是图解法求静态工作点的关键。

  由放大电路的直流通道(如图所示)可得:

  Uce=Uce-ICRc令Uce=0,可得:Ic=UCC/Rc;令Ic=0可得:Uce=Ucc,连接两点作出直流负载线,如图所示。

  



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(3)确定静态工作点
  
  直流负载线上交点有多个,只有IBq对应的交点才是Q点。

  问:固定偏置共射放大电路有哪些不足?

  分析:固定偏置的放大电路存在很大的不足,例如当晶体管所处环境温度升高时,晶体管内部载流子运动加剧,因此将造成放大电路中的各参量将随之发生变化。

  温度T↑→Q点↑→IC↑→Ucs↓→Vc↓,如图所示。

  如果Vc<Vb,则集电结就会由反偏变为正偏,当两个PN结均正偏时,电路出现“饱和失真”。

  为了不失真地传输信号,实际应用中需对上述电路进行改造,即改为分压式偏置的共发射极放大电路,如图所示。该电路可通过反馈环节有效地抑制温度对静态工作点的影响。

  由于设置了反馈环节,当温度升高而造成Ic增大时,可自动减小Ib,从而抑制了静态工作点由于温度而发生的变化,保持Q点稳定。

  下面对分压式偏置共射放大电路的静态进行分析。静态分析时,先画出其直流通道,并标上相关量,如图所示。此电路需满足I1≈I2》Ib的小信号条件。

  偏置电阻Rb1和Rb2应选择适当数值,使之符合:I1≈I2≥Ib的条件。在小信号条件下,Ib可近似视为0。

  忽略Ib时,Rb1和Rb2可以对UCC进行分压,即:

  上述分析步骤就是分压式偏置的共发射极电压放大电路的估算法。显然,基极电位Vb的高低对静态工作点的影响非常大。

  设置合适的静态工作点是对放大电路的基本要求。基极电位Vb选择偏高或偏低时,Q点随之上移或下移,如图所示。

  当Vb值太大时,Q点升高,饱和失真。

  Vb设置的高低,取决于两个基极偏置电阻的数值选择,当Rb1太大时,Vb值就会较低,引起静态工作点Q下移,易出现截止失真,如图所示。

  另外,温度对Q点的影响也不能忽视。

  分压式偏置的共发射极放大电路由于加设了负反馈环节,因此当温度升高时,具有自调节能力。

  设放大电路环境温度升高,此时:T ↑→Ic ↑→Ie ↑→Ve↑→Vbe↓→Ic↓→Ib↓,温度变化Ic基本下受聊向。

  由于电路具有对温度变化的自调节能力,因此集电极电流基本恒定,即:  只要基极电位和射极反馈电阻不变,集电极电流就始终维持不变。

  总结:

  1.通过分析可知,交流放大电路中如果不设置静态工作点,输入的交流信号就无法全部通过放大电路,造成传输过程中信号的严重失真;若静态工作点设置不合适,同样会发生传输过程中的饱和失真或截止失真。

  2.设置合适的静态工作点显然是放大电路保证传输质量的必要条件,其设置的原则是:在正常的输入信号下,保证不失真的输出,且保证静态工作点的相对稳定。

  3.分压式偏置的共射放大电路显然可以实现上述原则。通过选择合适的分压电阻Rb1和Rb2,可获得一个恰当的基极电位Vb值,以确保晶体管的发射结正偏和集电结反偏。这样,在信号传输的过程中,晶体管就会始终工作在放大区,使放大电路正常工作。

  电路中的反馈电阻Re则起到了稳定工作点的作用,从而抑制了由于温度变化对放大电路产生的影响。




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