靜態(tài)工作點(diǎn)對三極管輸出波形的影響

靜態(tài)工作點(diǎn)可以影響到三極管的輸出波形，導(dǎo)致輸出出現(xiàn)截止失真和飽和失真，所以在設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮不要出現(xiàn)這種問題，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)常常讓三極管c極靜態(tài)工作點(diǎn)VCQ=VCC/2，另外一個(gè)可以借鑒的經(jīng)驗(yàn)是讓Rc≈10RE。

關(guān)鍵詞：截止失真; 飽和失真;

01靜態(tài)工作點(diǎn)與放大

設(shè)計(jì)如圖1-1所示的分壓器偏置電路：

圖1-1 分壓器偏置電路

由圖1-1可知，其電路參數(shù)集電極電流Ic=30mA、集電極-發(fā)射極間電壓Vce=3.4V，反映再DC負(fù)載線就是Q點(diǎn)所在位置如圖1-2所示，如果對這個(gè)Q點(diǎn)所在位置比較滿意，說明分壓器為放大器創(chuàng)造了一個(gè)不錯(cuò)的直流工作環(huán)境，即靜態(tài)工作點(diǎn)。

靜態(tài)工作點(diǎn)確定后，如果改變輸入信號使基極電流IB在靜態(tài)工作點(diǎn)基極電流IBQ基礎(chǔ)上做±100uA的變化，如圖1-2中A、B兩點(diǎn)，則三極管將把這個(gè)±100uA的變化進(jìn)行放大; 集電極電流Ic在ICQ
基礎(chǔ)上做±10mA的變化，同時(shí)VCE
藝在VCEQ的基礎(chǔ)上做±2.2V的改變。 可見，靜態(tài)工作點(diǎn)的確定為放大器對信號進(jìn)行放大創(chuàng)造了直流環(huán)境，一個(gè)良好的靜態(tài)工作點(diǎn)對放大器的性能至關(guān)重要。

02靜態(tài)工作點(diǎn)與失真

如果說Q點(diǎn)在DC負(fù)載線上的位置由偏置電路的參數(shù)決定，那如果不小心選擇了不適當(dāng)?shù)膮?shù)會怎么樣呢?

假設(shè)電路參數(shù)讓Q點(diǎn)向上偏離，如圖2-1所示，則輸入信號的上峰有可能會讓集電極電流Ic達(dá)到飽和而無法再變大，從波形上看就像被削去一截，同樣，輸出信號Vce亦會在對應(yīng)的下峰位置被削去一段，此時(shí)即是靜態(tài)工作點(diǎn)過高而導(dǎo)致了飽和失真。

圖2-1 飽和失真

如果Q點(diǎn)向下偏離，如圖2-2所示，則情況與飽和失真正好相反，出現(xiàn)的是截止失真。

圖2-2 截止失真

即便Q點(diǎn)位置適中，靜態(tài)工作點(diǎn)良好，如果輸入信號的幅度過大，還是會導(dǎo)致正、負(fù)半周信號均被削去一截，出現(xiàn)飽和+截止失真，如圖2-3所示。

圖2-3 飽和+截止失真

失真是電路設(shè)計(jì)中所不愿意看到的，盡量把Q點(diǎn)放在DC負(fù)載線的中間位置是一個(gè)防止出現(xiàn)飽和或截止失真的聰明方法，同時(shí)也可以充分發(fā)揮三極管的增益，另外，保證輸出信號Vce的最大峰值不超過0.95Vcc、最小峰值不小于0.05Vcc可以防止三極管進(jìn)入飽和和截止區(qū)。

03設(shè)計(jì)實(shí)例

設(shè)計(jì)一個(gè)分壓器偏置電路，為三極管放大器提供一個(gè)良好的靜態(tài)工作點(diǎn)，假設(shè)Vcc=10V、hFE=150。

所謂設(shè)計(jì)分壓器偏置電路，無非就是確定以下類似圖3-1所示電路中幾個(gè)電阻的參數(shù)：

圖3-1 分壓器偏置電路

在沒有設(shè)計(jì)放大器設(shè)計(jì)之前，可以先單單從偏置電路的要求出發(fā)，確定電路參數(shù)，要時(shí)刻提醒自己，千萬不要讓放大器的Q點(diǎn)像圖3-2那樣偏上或者偏下而導(dǎo)致三極管放大器過快進(jìn)入飽和或截止的狀態(tài)，保險(xiǎn)的方法就是把Q點(diǎn)放在DC負(fù)載線中間，由于DC負(fù)載線與Vce軸交點(diǎn)為Vcc，自然中點(diǎn)應(yīng)該放在Vcc/2附近。 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，常常讓三極管c極靜態(tài)工作點(diǎn)VCQ=VCC/2，另外一個(gè)可以借鑒的經(jīng)驗(yàn)是讓Rc≈10RE，有了這兩條經(jīng)驗(yàn)，就可以開始設(shè)計(jì)偏置電路了。

圖3-2 靜態(tài)工作點(diǎn)

首先，可假設(shè)Rc=1kΩ，則根據(jù)歐姆定律，c極靜態(tài)工作點(diǎn)電流ICQ為(已知Vcc=10V，VCQ=Vcc/2=5V)：

同時(shí)可以求得發(fā)射極電流：

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，發(fā)射極電阻為：

由歐姆定律得：

求得基極電壓為：

同時(shí)求得集電極-發(fā)射極間電壓：

再假設(shè)R1=10kΩ，所以基極電壓為：

求得R2=1.4kΩ。

所以，得到圖3-1中偏置電路中國4個(gè)電阻參數(shù)：R1=10 kΩ、R2=1.4 kΩ、Rc=1 kΩ、Re=100
Ω，該電路得靜態(tài)工作點(diǎn)為ICQ=IEQ=5mA、VCQ=5V、VBQ=1.2V。