1.温度对静态工作点的影响
静态工作点不稳定的原因很多,如电源电压的波动、电路参数的变化,但最主要的是三极管的参数会随外部温度变化而变化。当温度升高时,三极管的UBEQ将下降,ICBO增加,β 值也将增加,这些都表现在静态工作点中的ICQ值增加,从而造成静态工作点不稳定。
2.静态工作点对输出波形失真的影响
对一个放大电路来说,要求输出波形的失真尽可能小。但是,当静态工作点设置不当时,输出波形将出现严重的非线性失真。在图9-1-13中,静态工作点设于Q点,可以得到失真很小的ic和uce波形。但是,当静态工作点设在Q1或Q2点时,会使输出波形产生严重的失真。
1)饱和失真
当Q点设置偏高,接近饱和区时,如图9-1-13中的Q1点,ic的正半周和uce的负半周都出现了畸变。这种由于动态工作点进入饱和区而引起的失真,称为“饱和失真”。
2)截止失真
当Q点设置偏低,接近截止区时,如图9-1-13中的Q2点,使得ic的负半周和uce的正半周出现畸变。这种失真称为“截止失真”。
一般,工作点Q选在交流负载线的中央,可以获得最大的不失真输出,使放大电路得到最大的动态工作范围。
由于三极管参数的温度稳定性较差,在固定偏置放大电路(基本放大电路)中,当温度变化时,会引起电路静态工作点的变化,造成输出电压失真。为了稳定放大电路的性能,必须在电路的结构上加以改进,使静态工作点保持稳定。分压式偏置放大电路(分压式射极偏置电路)和集电极-基极偏置放大电路就是静态工作点比较稳定的放大电路。
图9-1-13 静态工作点对输出波形失真的影响
3.电路组成
分压式射极偏置电路如图9-1-14所示。从电路的组成来看,三极管的基极连接有两个偏置电阻:上偏电阻RB1和下偏电阻RB2。发射极支路串接了电阻RE(称为射极电阻)和旁路电容CE(称为射极旁路电容)。
图9-1-14 分压式射极偏置电路(www.daowen.com)
(a)实物;(b)电路原理
4.稳定静态工作点的原理
动手做
按图9-1-15所示的方式连接电路,观察电路更换三极管(β值不同)前后的静态工作点的情况,同时按图9-1-1所示的方式(共发射极放大电路)连接电路,观察电路更换三极管(β值不同)前后的静态工作点的情况,比较两电路的结果。(可以采用仿真演示)
图9-1-15 分压式偏置放大电路仿真图
实验现象
分压式偏置放大电路:第一只三极管为ICQ1,输出波形正常;第二只三极管为ICQ1=ICQ2,输出波形正常。
共射放大电路:第一只三极管为ICQ1,输出波形正常;第二只三极管为ICQ1≠ ICQ2,输出波形不正常。
归纳
由图9-1-14可知,当温度升高时ICQ、IEQ均会增大,因此RE的压降UEQ也会随之增大,由于UBQ基本不变化,所以UBE减小,而UBE减小又会使IBQ减小,IBQ减小又使ICQ减小,因此ICQ的增大就会受到抑制,电路的静态工作点能基本保持不变。上述变化过程可以表示为
温度上升→ICQ↑→IEQ↑→UEQ↑→UBE↓→IBQ↓→ICQ↓
要确保分压式偏置放大电路的静态工作点稳定,应满足两个条件:I2≫IBQ和UEQ≫UBEQ。这样使得UB和IEQ或ICQ就与三极管的参数几乎无关,不受温度变化的影响,从而静态工作点能得以基本稳定。
要改变分压式偏置放大电路的静态工作点,通常的方法是调整上偏电阻RB1的阻值。
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