2.6　工作點穩定電路

靜態工作點的選擇是否合理，一方面涉及三極管能否安全工作，更重要的是影響放大電路的動態性能。在放大電路中，三極管必須有合適的靜態工作點，才能使放大電路有足夠大的動態范圍、一定的放大倍數及輸入、輸出電阻。

前面已討論過共射放大電路中，當RB一經選定后，IBQ也就固定不變，故該電路稱為固定式偏置電路。由于靜態工作點由直流負載線與三極管輸出特性曲線（對應于靜態基極電流的那一條）的交點確定，當電源電壓VCC和集電極電阻RC的大小確定后，靜態工作點的位置決定于基極電流IBQ的大小。

固定式偏置電路雖然簡單并容易調整，但在外部環境溫度變化時，靜態工作點的位置將發生變化，放大電路的一些性能也將隨之改變。因此如何使靜態工作點保持穩定，是一個十分重要的問題。

2.6.1　溫度對靜態工作點的影響

有時在常溫條件下，某些放大電路能夠正常工作，各項指標都能達到規定的要求。但是，當溫度升高時，放大電路的性能可能惡化，甚至不能正常工作。產生這種現象的原因，是放大電路中器件的參數受溫度的影響而發生變化。

提示

雙極型三極管是半導體器件，它們的參數值對溫度比較敏感。溫度變化主要影響放大電路中三極管的3個參數：發射結導通電壓UBE、電流放大倍數β和集電極與基極之間的反向飽和電流ICBO。

首先，當溫度升高時，為得到同樣的IB所需的UBE值將減小，三極管UBE的溫度系數約為-2～-2.5mV/℃，即溫度每升高1℃，UBE約下降2～2.5mV。

其次，溫度升高時三極管的β值也將增加，使各條不同iB值的輸出特性曲線之間的間距增大。溫度每升高1℃，β值約增加0.5%～1%。

最后，當溫度升高時，三極管的反向飽和電流ICBO將隨溫度按指數規律急劇增加。這是因為反向電流是由少數載流子形成的，因此受溫度影響比較嚴重。溫度每升高10℃，ICBO大致將增加一倍。

歸納

綜上所述，溫度升高對三極管各種參數的影響，最終將導致集電極電流IC增大，靜態工作點將上移，靠近飽和區，使輸出波形產生嚴重的飽和失真。

2.6.2　靜態工作點穩定電路

通過上面的分析可以看到，引起工作點波動的外因是環境溫度的變化，內因則是三極管本身所具有的溫度特性，所以要解決這個問題，不外乎從以上兩方面來想辦法。從外因來解決，就是要保持放大電路的環境溫度恒定，例如將放大電路置于恒溫槽中。顯然，這種辦法成本過高，一般不輕易采用。在實際工作中常常從放大電路本身想辦法，采用適當的電路結構形式，在允許溫度變化的前提下，盡量保持靜態工作點穩定。

1.電路組成

圖2.24所示為最常用的靜態工作點穩定電路。此電路與前面介紹的三極管共射放大電路有明顯差別。三極管的發射極通過一個電阻RE接地，在RE的兩端并聯一個電容CE，稱為旁路電容。另外，直流電源VCC經電阻RB1、RB2分壓后接到三極管的基極，所以通常稱為分壓式偏置電路（也稱工作點穩定電路）。

為了保證UBQ基本穩定，要求流過分壓電阻RB1和RB2的電流I1 和 I2與靜態基流IBQ相比大得多，為此希望電阻RB1和RB2小一些。但當電阻RB1和RB2比較小時，這兩個電阻上消耗的功率將增大，而且放大電路的輸入電阻將降低，這些都是不利的。在實際工作中，通常選取適中的RB1和RB2值，使I1（I2）=（5～10）IBQ，且使UBQ=（5～10）UBEQ。

在圖2.24所示的電路中，三極管靜態基極電位UBQ基本上是穩定的。當集電極電流隨溫度升高而增加時，發射極電流IEQ也將相應地增大，此IEQ流過發射極電阻RE，使發射極電位UEQ升高，則三極管靜態發射極電壓UBEQ=UBQ-UEQ將下降，因而使靜態基流IBQ減小，靜態集電極電流ICQ也隨之減小，結果當溫度升高時維持ICQ基本不變，從而使靜態工作點基本穩定。

可見，穩定工作點的關鍵在于利用發射極電阻RE兩端的電壓來反映集電極電流的變化情況，并控制集電極電流ICQ的變化，最后達到穩定靜態工作點的目的。實質上是利用發射極電流的負反饋作用使工作點保持穩定，所以，圖2.24所示的放大電路又稱為電流負反饋式工作點穩定電路。關于反饋的概念將在本書第7章中進行介紹。

提示

為了增強穩定工作點的作用，顯然發射極電阻RE愈大愈好，此時，同樣的IEQ變化量所產生的UEQ的變化量也愈大。但是，RE增大將使發射極靜態電位UEQ也隨之增大，則在直流電源VCC一定的條件下，放大電路的最大輸出幅度將減小。

如果僅接入發射極電阻RE，而沒有并聯旁路電容CE，則放大電路的電壓放大倍數將下降。現在RE兩端并聯一個大電容CE，若CE足夠大，RE兩端的交流壓降可以忽略，則電壓放大倍數將不會因此而下降。

2.靜態分析

工作點穩定電路的工作點與單管共射放大電路的工作點估算步驟有所不同，通常先從估算UBQ開始。由于I1（I2）?IBQ，可得基極電位：

　　（2.28）

則發射極電流為

　　（2.29）

一般情況下，可認為集電極靜態電流與發射極靜態電流近似相等，即ICQ≈IEQ，而三極管集-射之間的靜態電壓為

　　（2.30）

最后可求得三極管的靜態基流為

　　（2.31）

3.動態分析

在圖2.24所示的分壓式工作點穩定電路中，如果隔直電容C1、C2以及發射極旁路電容CE足夠大，可以認為其對交流短路，則可畫出該電路的微變等效電路，如圖2.25所示。

由微變等效電路可得電路的電壓放大倍數：

　　（2.32）

其中。

電路的輸入電阻為

　　（2.33）

電路的輸出電阻為

　　（2.34）

【例2.4】　在圖2.24所示的電路中，已知RB1=75kΩ，RB2=25kΩ，RC=2.5kΩ，RE=2kΩ，RL=10kΩ，VCC=18V，三極管的β=100。（1）試估算靜態工作點；（2）計算電路的電壓放大倍數、輸入電阻和輸出電阻。

解：（1），，

（2）

請用實驗來測試圖2.24所示電路的靜態工作點和動態指標（或用Multisim軟件仿真）。

思考題

1.引起放大電路靜態工作點不穩定的主要因素是什么？

2.分壓式偏置電路為什么能穩定工作點？其電路中的旁路電容的作用是什么？

3.工作點穩定電路中，發射極電阻的阻值選擇有什么要求？