三极管共射极电路-稳定静态工作点的放大电路

电子电容全能解 2024-07-19 17:38:58

1. 为什么设计“稳定静态工作点的放大电路”?

下图有2组共射极放大电路。左图是基本放大电路,右图是我们常见的共射极放大电路。右图和之前我的公众号文章晶体管---共射极放大电路(1):波形、基本公式和hFE 中的电路一致。主要区别是多了电阻R2和R4。这是为什么呢?

后者才是我们常见的放大电路。它牵扯到静态工作点稳定的议题。

之前说过,放大电路必须有合适的静态工作点,才能保证其正常工作(既满足所需的放大效果,又不产生非线性失真)。

外部因素(例如温度、电源电压波动、晶体管老化等)将引起静态工作点的变动,有可能使其移到不合适的位置而致放大电路无法正常工作。为此必须设计能够自动调整工作点位置的偏置电路,以使工作点能稳定在合适的位置。这些因素中,影响最大的是环境温度的变化。温度变化时将影响管子内部载流子(电子和空穴)的运动,从而使VBE、β、ICBO发生变化。

由于半导体的负温度系数特性,大多数管子(包括硅管和锗管)VBE的温度系数约为-2.2mV/℃,即温度每升高1℃,VBE下降2.2mV。这样,温度变化时通过影响 VBE使 IB发生变化,从而影响静态工作点。

温度升高时,BJT的电流放大系数β会增大。原因在于温度升高使得从发射极到达基极的电子的扩散速度加快,在基区电子与空穴的复合数目减少,更多电子都穿过基区,向集电极扩散而去。使集电极电流与基极电流之比(即β值)增大。

当温度升高时,三极管的反向饱和电流 ICBO将急剧增大,这是由于反向电流是由少数载流子形成的,受温度影响较大。ICBO随温度呈指数规律增大,温度每升高10℃,ICBO将增大约1倍。

总之:温度升高,Q点移近饱和区,输出波形产生饱和失真。相反,温度降低使 Q点移近截止区,输出波形产生截止失真。VBE和β受温度影响较大,ICBO受温度影响较小。

2. 稳定静态工作点的放大电路

为了解决温度带来的Q点不稳定问题,在基本放大电路中增加2颗电阻。分别连接到基极和发射极。它自动调节BJT的电流 IC以稳定 Q点。

如下图:

如果 IR≫IB,则可以认为 IR是流经Rb1和Rb2的电流,基极电位由Rb1和Rb2组成的分压器决定:VB≈VCCRb2/(Rb1+Rb2),该值可近似地认为不受温度影响<以为在温度变化时,电阻值变换很小>。

当温度升高时,IC将增大,则 IE增大,在Re上产生的压降 IERe也要增大<即发射极的电位升高>,此时三极管的发射结电压 VBE=VB-VE=VB-IERe将减小。

由于 VBE的减小将使 IB减小<参看三极管的输入特性曲线>,IC会随之减小,这样 IC就基本保持恒定。温度降低时其作用过程正好相反。

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