2.6　工作点稳定电路

静态工作点的选择是否合理，一方面涉及三极管能否安全工作，更重要的是影响放大电路的动态性能。在放大电路中，三极管必须有合适的静态工作点，才能使放大电路有足够大的动态范围、一定的放大倍数及输入、输出电阻。

前面已讨论过共射放大电路中，当RB一经选定后，IBQ也就固定不变，故该电路称为固定式偏置电路。由于静态工作点由直流负载线与三极管输出特性曲线（对应于静态基极电流的那一条）的交点确定，当电源电压VCC和集电极电阻RC的大小确定后，静态工作点的位置决定于基极电流IBQ的大小。

固定式偏置电路虽然简单并容易调整，但在外部环境温度变化时，静态工作点的位置将发生变化，放大电路的一些性能也将随之改变。因此如何使静态工作点保持稳定，是一个十分重要的问题。

2.6.1　温度对静态工作点的影响

有时在常温条件下，某些放大电路能够正常工作，各项指标都能达到规定的要求。但是，当温度升高时，放大电路的性能可能恶化，甚至不能正常工作。产生这种现象的原因，是放大电路中器件的参数受温度的影响而发生变化。

提示

双极型三极管是半导体器件，它们的参数值对温度比较敏感。温度变化主要影响放大电路中三极管的3个参数：发射结导通电压UBE、电流放大倍数β和集电极与基极之间的反向饱和电流ICBO。

首先，当温度升高时，为得到同样的IB所需的UBE值将减小，三极管UBE的温度系数约为-2～-2.5mV/℃，即温度每升高1℃，UBE约下降2～2.5mV。

其次，温度升高时三极管的β值也将增加，使各条不同iB值的输出特性曲线之间的间距增大。温度每升高1℃，β值约增加0.5%～1%。

最后，当温度升高时，三极管的反向饱和电流ICBO将随温度按指数规律急剧增加。这是因为反向电流是由少数载流子形成的，因此受温度影响比较严重。温度每升高10℃，ICBO大致将增加一倍。

归纳

综上所述，温度升高对三极管各种参数的影响，最终将导致集电极电流IC增大，静态工作点将上移，靠近饱和区，使输出波形产生严重的饱和失真。

2.6.2　静态工作点稳定电路

通过上面的分析可以看到，引起工作点波动的外因是环境温度的变化，内因则是三极管本身所具有的温度特性，所以要解决这个问题，不外乎从以上两方面来想办法。从外因来解决，就是要保持放大电路的环境温度恒定，例如将放大电路置于恒温槽中。显然，这种办法成本过高，一般不轻易采用。在实际工作中常常从放大电路本身想办法，采用适当的电路结构形式，在允许温度变化的前提下，尽量保持静态工作点稳定。

1.电路组成

图2.24所示为最常用的静态工作点稳定电路。此电路与前面介绍的三极管共射放大电路有明显差别。三极管的发射极通过一个电阻RE接地，在RE的两端并联一个电容CE，称为旁路电容。另外，直流电源VCC经电阻RB1、RB2分压后接到三极管的基极，所以通常称为分压式偏置电路（也称工作点稳定电路）。

为了保证UBQ基本稳定，要求流过分压电阻RB1和RB2的电流I1 和 I2与静态基流IBQ相比大得多，为此希望电阻RB1和RB2小一些。但当电阻RB1和RB2比较小时，这两个电阻上消耗的功率将增大，而且放大电路的输入电阻将降低，这些都是不利的。在实际工作中，通常选取适中的RB1和RB2值，使I1（I2）=（5～10）IBQ，且使UBQ=（5～10）UBEQ。

在图2.24所示的电路中，三极管静态基极电位UBQ基本上是稳定的。当集电极电流随温度升高而增加时，发射极电流IEQ也将相应地增大，此IEQ流过发射极电阻RE，使发射极电位UEQ升高，则三极管静态发射极电压UBEQ=UBQ-UEQ将下降，因而使静态基流IBQ减小，静态集电极电流ICQ也随之减小，结果当温度升高时维持ICQ基本不变，从而使静态工作点基本稳定。

可见，稳定工作点的关键在于利用发射极电阻RE两端的电压来反映集电极电流的变化情况，并控制集电极电流ICQ的变化，最后达到稳定静态工作点的目的。实质上是利用发射极电流的负反馈作用使工作点保持稳定，所以，图2.24所示的放大电路又称为电流负反馈式工作点稳定电路。关于反馈的概念将在本书第7章中进行介绍。

提示

为了增强稳定工作点的作用，显然发射极电阻RE愈大愈好，此时，同样的IEQ变化量所产生的UEQ的变化量也愈大。但是，RE增大将使发射极静态电位UEQ也随之增大，则在直流电源VCC一定的条件下，放大电路的最大输出幅度将减小。

如果仅接入发射极电阻RE，而没有并联旁路电容CE，则放大电路的电压放大倍数将下降。现在RE两端并联一个大电容CE，若CE足够大，RE两端的交流压降可以忽略，则电压放大倍数将不会因此而下降。

2.静态分析

工作点稳定电路的工作点与单管共射放大电路的工作点估算步骤有所不同，通常先从估算UBQ开始。由于I1（I2）≫IBQ，可得基极电位：

　　（2.28）

则发射极电流为

　　（2.29）

一般情况下，可认为集电极静态电流与发射极静态电流近似相等，即ICQ≈IEQ，而三极管集-射之间的静态电压为

　　（2.30）

最后可求得三极管的静态基流为

　　（2.31）

3.动态分析

在图2.24所示的分压式工作点稳定电路中，如果隔直电容C1、C2以及发射极旁路电容CE足够大，可以认为其对交流短路，则可画出该电路的微变等效电路，如图2.25所示。

由微变等效电路可得电路的电压放大倍数：

　　（2.32）

其中。

电路的输入电阻为

　　（2.33）

电路的输出电阻为

　　（2.34）

【例2.4】　在图2.24所示的电路中，已知RB1=75kΩ，RB2=25kΩ，RC=2.5kΩ，RE=2kΩ，RL=10kΩ，VCC=18V，三极管的β=100。（1）试估算静态工作点；（2）计算电路的电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。

解：（1），，

（2）

请用实验来测试图2.24所示电路的静态工作点和动态指标（或用Multisim软件仿真）。

思考题

1.引起放大电路静态工作点不稳定的主要因素是什么？

2.分压式偏置电路为什么能稳定工作点？其电路中的旁路电容的作用是什么？

3.工作点稳定电路中，发射极电阻的阻值选择有什么要求？