三种基本组态放大电路合适静态工作点的设置

三种基本组态放大电路合适静态工作点的设置

田中俊

枣庄学院 光电工程学院

摘 要：为保证晶体管小信号放大电路的不失真输出，必须设置合适的静态工作点。本文用图解分析法分析了三种基本组态放大电路，由此总结出简捷地设置三种基本组态放大电路合适静态工作点的方法，并对最大输出的电压幅值及失真现象进行一定的分析和探讨。

关键词：基本组态放大电路；图解分析法；静态工作点；负载线；最大输出

Setting of Static Working Point of Three Basic Amplifier Circuits

TIANZhong-jun

Zaozhuang University, Zaozhuang of Shandong Prov, 277160

Abstract: Based on the three basic amplifier circuits as the research background，and the predefined circuit parameters and the load resistance analysing the small signal amplification circuit，and using characteristic curve of the amplifying circuit output，the maximum undistorted amplitude of the amplifier circuit output and estimates of setting of the static working point were obtained. The results obtained are of great help to the design，use and debugging of amplifying circuit，and of greater application value.

Key words：basic amplifier;maximum amplitude output;static working point；graphical analysis method

晶体三极管组成的基本组态放大电路可以分为三种，分别是共射放大电路、共基放大电路和共集放大电路。无论哪种组态的放大的电路，放大的前提是不失真，即只有在不失真的情况下放大才有意义。为了得到尽量大的输出信号，就要设置合适静态动作点Q，如果Q设置不合适，信号就可能进入截止区或饱和区，造成非线性失真。一般教材在分析求解合适静态动作点时，都把Q设置在直流负载线的中间位置，设置V_CEQ=1/2V_CC（电源电压）。实际上带载以后，由于交流负载线与直流负载线并不一致，因此最佳合适静态动作点Q应该设在交流负载线的中间位置，此时V_CEQ<1>_CC。本文用图解分析法分析了三种基本组态放大电路的最佳静态工作点，分析和探讨了最大不失真输出。

1 基本共射放大电路

图1共射放大电路及其图解分析

依据图1中基本共射极共射放大电路，可以分析出输出端的静态电压方程即直流负载线方程为：

V _CE＝V_CC- I_CR_c （1）

式中 V_{C E}是三极管集射极间的静态电压，I_C是集电极静态电流。三极管输出端相当于CCCS（电流控制电流源），动态情况下，电参数是在静态电参数基础上叠加交流分量。即

i_C＝ I_CQ＋ i_c （2）

^v _{C E}^＝V_{C E Q}^＋v _{c e} （3）

由式（1）（2）（3）和图1中交流通路可得出基本共射放大器的带载交流负载线方程为

^v _{C E}^＝V_{C E Q} -（i_C- I_CQ）R_L（R_L=R_L// R_C） （4）

整理得 ^v _{C E}^＝（V_CEQ +I_CQ R_L^）- i_C R_L （5）

为使电路有最大不失真输出，就要 Q 点位置最佳，此时Q点应处于交流负载线中间，如图1交流负载线所示，即：

V_CEQ= I_CQ R_L，代入式（1）可得：I_CQ= V_CC/（R_L+ R_c） （6）

2共集电极放大电路（射随器）

依据图2中基本共射极共射放大电路，可以静态分析出输出端的电压方程即直流负载线方程为：

V _CE＝V_CC- I_CR_e（I_C≈ I_E）

类同基本共射放大电路分析，其近似带载交流负载线方程为

^v _{C E}^＝（V_CEQ +I_CQ R_L^）- i_C R_L （R_L=R_L// Re）

图2共集电极放大电路及其图解分析

同理可得共集电极放大电路带载最佳合适静态工作点

V_CEQ= I_CQ R_L ；I_CQ= V_CC/（R_L+ Re）

3共基极放大电路

图3共基极放大电路及其图解分析

依据图3中共基极放大电路，可以静态分析出输出端的电压方程即直流负载线方程为：

V _CE＝V_CC- I_C(Re+ R_c）（I_C≈ I_E）

类同共射极放大电路分析（2）（3）式，其中^v _{c e}=^vb _e - i_c R_L （R_L=R_L// R_c）三极管工作在放大状态，所以发射结导通，^vb _e≈V_BEQ ,可得其近似带载交流负载线方程为：

^v_{C E}^＝（V_CEQ +I_CQ R_L+ V_BEQ^）- i_C R_L

同理可得共基极放大电路带载最佳合适静态工作点：

V_CEQ= I_CQ R_L + V_BEQ ；

I_CQ=（V_CC- V_BEQ ）/（R_L+ Rc） 由于V_BEQ<< V_CC， I_CQ=V_CC/（R_L+ Rc）

4 结论

三种组态电路的 R_L=R_L// R_c <R_c ,或R_L=R_L// Re <Re，把R_c和Re统一用字母R表示，则R_L<R，三种组态带载最佳合适静态工作点的V_CEQ都近似于V_CC/（R_L+ R）<1/2V_CC。如果把静态工作点V_CEQ设置为 1/2V_CC交流信号最大输出必然会先出现饱和失真或截止失真（共射极和共基极组态出现截止失真，共集电极电路出现饱和失真）。因此，最佳合适静态工作点设置要选在交流负载线中央，每种组态的交流信号最大输出幅值必然小于1/2V_CC。

参考文献：

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[2] 郑隆举,等.对于放大电路三种组态的探究[J] 电子世界. 2013(22)

[3] 李德明.放大电路Q点优化设计与仿真[J] 电子世界. 电脑知识与技术. 2015,11(12)

[4] 殷铸灵低频小信号放大电路的研究[J]检测技术与自动化装置,2013(23)

[5] 李严军，林志琦，邵建波.晶体管在放大电路中三种组态的应用[J]科技创新与应炸. 2013(10)