稳定静态工作点电路的分析
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第25卷第6期 Vol. 25 No. 6绥化学院学报
Journal of Suihua University 2005年12月Dec. 2005
稳定静态工作点电路的分析
y 张世y 明
(绥化学院 黑龙江绥化 152061)
摘 要:静态工作点不稳定会导致放大电路输出信号失真, 所以如何稳定静态工作点是电子电路中非常重要的教学内容之一。大部分教科书在编写这一部分内容时, 多以分压式电流负反馈偏置电路为例对电路进行分析。由于电路的形式和种类是千差万别的, 稳定静态工作的电路也就不可能只有一种。本文介绍的电压负反馈偏置电路、电流负反馈偏置电路、用热敏电阻做温度补偿的稳定静态工作点电路、二极管补偿电路都是工程实际中经常用到的用于稳定静态工作点的电路。教师在教学过程中根据实际需要, 把这些电路介绍给学生, 对于开阔学生的眼界, 拓展学生的思路是非常有益处的。
关键词:稳定; 工作点; 电路
中图分类号:G441. 1 文献标识码:A 文章编号:1004-8499(2005) 06-0163-02
处在放大电路核心地位的三极管有截止、放大、饱和三个工作区域, 要使三极管工作在放大区, 必须满足其发射结正向偏置、集电结反向偏置这一基本条件。工作在放大状态的三极管, 放大的是交流信号, 该信号的负半周会使三极管的正向偏置减小, 或使其发射结处于反偏状态。当三极管发射结没有正向偏置或正向偏置设置不当时, 经放大器放大后获得的输出信号就会与放大器的输入信号不一致, 这种现象称为失真。同理, 集电结的反向偏置设置不当时, 也会导致输出信号失真。失真是放大电路必需克服的一种现象, 为了避免输出信号失真, 在放大器没有加交流信号之前, 必需通过直流电源和适当的集电极电阻、基极电阻给三极管提供一个合适的偏置电压Vbe 和Vce, 并产生一定的基极电流Ib 和集电极电流Ic, Vbe 、Vce 、Ib 和Ic 这四个直流量确定了三极管加交流信号之前的工作状态, 称其为放大器的静态工作点(或直流工作点) 。三极管是非线性器件, 它的反向饱和电流Iceo 、发射结正向偏压Vbe 及电流放大系数B 等参数受环境温度影响较大。当环境温度变化较大时, 放大器的静态工作点会随着这些参数的变化而变化, 从而导致放大器输出信号失真。由此可以看出, 单纯依靠设置静态工作点并不能完全解决放大器的失真问题, 合理地设置工作点、并使之稳定下来, 才是解决放大器失真问题的根本办法。
一、电压负反馈偏置电路
电路如图一所示。该电路的直流偏置类似于简单偏置电路, 不同的是基极偏流电阻Rf 同时又是负反馈电阻, 它一端接到放大管T 的集电极上, 由+Ec 经过Rc 和Rf 向T 的基极提供静态偏流Ib, 由于Rf 同时起着负反馈作用, 因此, 能使静态工作点获得稳定。当温度升高使放大管集电极电流Ic 增大时,Vbe 减小, 反馈电流If 增大, 偏流Ib 减小, 又迫使Ic 减小, 使得工作点获得稳定。这个过程可以表示为
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二、电流负反馈偏置电路
电路如图二所示。这是一个电流并联负反馈放大电路, 其基本放大电路是由两级直接耦合放大电路, 反馈元件为Rf 。由于放大管T1和T2之间是直接耦合, T2管的基极电位受T 1管的集电极电位控制, 反馈元件Rf 又把T 2管的发射极与T 1
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[收稿日期]2005-06-28
[作者简介]张世明(1961-) , 男, 黑龙江肇东人, 绥化学院讲师。
管的基极联接起来, 从而形成一个闭环系统。通过分析可以知道, 这是一个负反馈闭环系统, 所以具有稳定静态工作点的作用。该电路稳定静态工作点的过程是:当温度或其它因素导致T1的集电极电流Ic1增大时, Uc1下降, Ib2和Ic2减小, Ve2下降, 通过Rf 反馈到T1的基极, 双使得Ib1减小, 维持Ic1基本不变。这个过程可以表示为
:
影响比较大; 对于锗管来说, 反向穿透电流Iceo 受温度影响比较大。所以, 对不同材料的三极管来说, 在用二极管作温度补偿, 稳定其工作点时, 二极管的接入方式是有区别的。
(一) 正偏二极管补偿电路
电路如图四所示。电路中的放大管T 为硅管, Vbe 受温度影响较大, 为减小这种影响, 稳定其工作点, 在基极下偏流电阻支路上串联一只与三极管同类型的正向偏置二极管D, 当两只管子的温度特性一致时, 工作点可以基本稳定, 从而实现温度补偿。该电路稳定工作点的过程是:当温度升高引起放大管T 的基极偏压Vbe 减小时, 二极管的正向压降也减小, 导致T 的基极电位Vb 跟着减小, 如果两个管子的温度特性相同, T 的基极偏压就会维持不变,
工作点也就得到了稳定。
由于电流负反馈偏置电路采用的是两级放大器, 它比Re1和Re2对本级的负反馈作用强得多, 因此, 该电路稳定静态工作点的效果远胜于单级偏置电路。
三、用热敏电阻做温度补偿的稳定静态工作点电路
(二) 反偏二极管补偿电路。
电路如图三所示。该电路中的R2和Rt 并联后再与R1串联, 起着决定B 点电压UB 高低的作用, UB 通过R3送到放大管T 的基极。
热敏电阻Rt 采用的是负温度系数电阻, 即温度升高时, 其阻值是减小的。当温度升高导致放大管集电极电流Ic 增大时, Rt 阻值减小, R2和Rt 的并联阻值也减小, 使得B 点电位下降, 放大管T 的发射结偏压Vbe 也随之下降, 基极电流Ib 减小, 从而限制了Ic 的增大, 使工作点获得稳定。这个稳定工作点的过程可以表示为
:
电路如图五所示。电路中的放大管T 为锗管, D 是与T 温度特性相同的二极管, Is 是二极管D 的反向饱和电流。对于T 有Ic=(1+B ) Ib+Iceo, 因为T 是锗管, Iceo 受温度影响比较大, 如果不采取补偿措施, 当温度变化比较大时, T 的工作点就会改变。
由图五中所示的各电量关系可以得到:
Ic=B Ib +Iceo; 因为I b =I1-Is Iceo=(1+B ) Icbo 所以Ic=B (I1-Is) +(1+B ) Icbo 把上式对温度求导得
:U B (-dt d t d t
如果热敏电阻的温度系数选择的合适, 这种方法可以使工作点非常稳定, 一般用在对稳定性要求较高的场合。但是, 由于热敏电阻的实验选择比较麻烦, 而且热敏电阻间可互换的可能性很小, 尤其是在适应温度变化范围比较大的场合时, 困难性更大一些, 所以, 这种方法的应用也就受到一定程度的
限制。
=, 所以=0, 即T d t dt dt
的集电极电流I 随温度变化率为0, 三极管的工作点得到了稳
当T 和D 的温度特性一致时, 定。
图一和图二两个电路是负反馈电路, 根据/负反馈原理0, 这两个电路还具有稳定输出量的作用, 这里也不在赘述了, 教师可以根据教学中的实际情况酌情处理。
参考文献:
四、二极管补偿电路
通常情况下, NPN 型三极管多为硅管, PNP 型三极管多为锗管, 由于两种类型三极管使用的材料不同, 表现出来的温度特性也就不尽相同:对于硅管来说, 其发射结偏压Vbe 受温度
[1]童诗白#模拟电子技术基础[M]. 人民教育出版社, 1981[2]万嘉若等#电子线路基础[M]. 高等教育出版社, 2000[3]刘澈#电子电路基础[M]. 天津科技出版社, 1991
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