单管模拟放大器直流工作点的确定方法（静态分析）

时间：2023-06-24 理论教育 版权反馈

【摘要】：这时，在直流电源VCC的作用下，晶体管各极间电压和各极电流都是直流参量，称为静态值。静态估算只针对直流状态，要按直流等效法分离出放大器的直流通路。直流负载线上与ICQ对应的点称为输出工作点Q。输出端的集电极电流ICQ由RB间接确定。

分析晶体管放大电路的常用手段有估算法和图解法两种。估算法是以晶体管某些参数的经验值或检测值为基础的近似计算，直流估算和交流估算要分开进行。

1.直流通路

在图3-6中，输入信号u_i=0时的工作状态称为静态。这时，在直流电源V_CC的作用下，晶体管各极间电压和各极电流都是直流参量，称为静态值。

静态分析的目的在于检查晶体管的输出工作点是否合适。静态估算只针对直流状态，要按直流等效法分离出放大器的直流通路。分离方法是对电路中的交流元件做等效处理：将电容视为断路，电感视为通路。图3-6所示电路中只有电容。

由于C₁、C₂的隔直作用，电源V_CC输出的直流电流不能流过R_S、u_s构成信号源支路和负载电阻R_L，因此可得到如图3-7所示的直流通路。

2.静态估算

图3-7 基本放大电路的直流通路

单管放大正弦波信号，基极的静态工作点需按照甲类放大的基极预置电压（NPN型硅晶体管：U_BE=0.7V），晶体管的β值也是定值，要计算的是I_B、I_C、U_CE3个静态值，是表示放大器工作点的3个参数，特用I_BQ、I_CQ、U_CEQ表示。

由图3-7所示直流通路的输入电路可见：

再由输出电路可求出

静态估算主要看电路输出端的I_CQ、U_CEQ是否符合电路要求。为了给交流输出信号留出上、下对称的变化空间，应把U_CEQ选在V_CC/2附近，才能获得较大幅度的不失真信号输出；I_CQ涉及晶体管的输出功率。

【例3-1】按图3-7所示电路，已知V_CC=12V，R_C=3.9kΩ，R_B=270kΩ，电流放大系数β=37，用估算法求其静态值（即计算I_BQ、I_CQ、U_CEQ3个值）。

【解】

决定I_BQ、I_CQ、U_CEQ的元件是V_CC、R_B、R_C，计算结果说明例题中的V_CC、R_B、R_C是合适的。

电路的静态参数通常用万用表的直流电压挡（电压挡的满度值稍大于电源电压即可）检测，检测电流可用直流电流挡，但常用检测相应电阻上电压的方法间接测量，省去断电路、串接表的麻烦。

3.输出状态图解法

利用晶体管输出特性曲线分析放大器静态参数对交流输出状态影响的方法称为输出图解法，如图3-8所示。

集电极负载电阻R_C（图3-8对应的R_C=2kΩ）确定之后，I_C与U_CE成线性关系，在输出图解中为直线MN（称为直流负载线）。M点为最大集电极电流，N点为电源电压V_CC。

直流负载线上与I_CQ对应的点称为输出工作点Q。在电路对交流信号放大时，Q点将沿负载线微动，形成交流输出电压，如图3-9所示。

图3-8 单管放大器输出图解

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图3-9 直流负载线与饱和、截止失真

直流通路中各元器件参数变化对输出状态的影响都可在输出图解中表示出来。

（1）R_B值变化对Q点的影响

R_B值变化对Q点的影响如图3-9所示。输出端的集电极电流I_CQ由R_B间接确定。R_B↑→I_BQ↓→I_CQ↓，Q点沿负载线下移，若接近截止区（如Q_A点），放大交流信号时会出现正半周切顶，称作截止失真；R_B↓→I_BQ↑→I_CQ↑，Q点沿负载线上移，若接近饱和区（如Q_B点），放大交流信号会出现负半周切顶，称作饱和失真。

（2）R_C不变，V_CC对工作点Q的影响

V_CC的变化会同时影响输入、输出电流，如图3-10所示。V_CC降低（从N点移到H点）时，会使I_BQ、I_CQ、U_CEQ值都减小，Q点朝坐标原点方向移动到Q₁，输出交流动态范围减小。

（3）V_CC不变，R_C对Q点的影响

在晶体管输出特性图中，直流负载线与坐标横轴反方向夹角的余切值为R_C。R_C减小、夹角增大，Q点随直流负载线左端上滑而向右平移（见图3-11中的Q₁），R_C过小，会使晶体管输出功率超值而烧毁。反之，R_C增大、夹角减小，Q点随直流负载线的倾角变小向左平移，R_C过大，Q点靠近饱和区，易产生饱和失真。