摘 要：鑒于電子技術(shù)教材的阻容耦合射極輸出器都是靜態(tài)工作點(diǎn)不穩(wěn)定的電路形式,都沒(méi)有分析靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定性對(duì)電路動(dòng)態(tài)性能影響的問(wèn)題,因而有射極輸出器是否需要穩(wěn)定的靜態(tài)工作點(diǎn)的疑點(diǎn)問(wèn)題。針對(duì)疑點(diǎn)問(wèn)題,研究了射極輸出器的電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻等三大動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的數(shù)值范圍及與靜態(tài)工作點(diǎn)的關(guān)系,得出射極輸出器靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定性對(duì)電路動(dòng)態(tài)性能影響很小、射極輸出器的偏置電路可采用簡(jiǎn)單構(gòu)成形式的結(jié)論。

關(guān)鍵詞：電壓放大倍數(shù)；輸入電阻；輸出電阻；靜態(tài)工作點(diǎn)

中圖分類號(hào)：TN701 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1004-373X(2009)01-076-02

Influence of Quiescent Point′s Stability on Dynamic Performance of Emitter Follower

REN Junyuan

(Bohai University,Jinzhou,121000,China)

Abstract：In a variety of electronics textbooks,RC coupling emitter follower adopts the form that quiescent point is not stable.The effect of quiescent point′s stability on circuit has not been researched.Thus,if emitter follower needs stable quiescent point remains a question.Index of emitter follower′s dynamic performance,such as voltage amplification,input resistance,output resistance and its relationship with quiescent point are studied.It′s found that quiescent point′s stability has slight effect on dynamic performance.As a consequence,emitter follower bias circuit has a simple structure.

Keywords：voltage amplification；input resistance；output resistance；quiescent point

0 引 言

圖1為見(jiàn)于一般教材的阻容耦合射極輸出器的典型電路,其直流通路如圖2 所示。

圖1 射極輸出器的典型電路

觀察圖2所示的直流通路可看出,基極電阻Rb、發(fā)射極電阻Re構(gòu)成決定靜態(tài)工作點(diǎn)的偏置電路,依KVL及晶體管的電流分配關(guān)系,可寫(xiě)出基極直流電位U BQ,發(fā)射極靜態(tài)電流 I EQ的表達(dá)式為:

U BQ=V CC－I BQRb=

V CC－V CC－U BEQRb+(1+β)Re·Rb

(1)

I EQ=V CC－U BEQRb1+β+Re

(2)

圖2 射極輸出器的直流通路

由圖2及式(1)、式(2),可得出射極輸出器偏置電路的構(gòu)成特點(diǎn)及靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定情況：

(1) 晶體管的基極只接有一個(gè)基極電阻Rb,沒(méi)有采用基極電位穩(wěn)定的二個(gè)電阻分壓式偏置形式,基極直流電位U BQ與電流放大系數(shù)β、發(fā)射結(jié)直流電壓U BEQ等晶體管的參數(shù)有關(guān),隨晶體管的參數(shù)變化而變化不是穩(wěn)定的。

(2) 晶體管發(fā)射極所接的發(fā)射極電阻R e引入了直流負(fù)反饋,但因基極直流電位U BQ不穩(wěn)定而影響靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定性,發(fā)射極靜態(tài)電流I EQ與電流放大系數(shù)β、發(fā)射結(jié)直流電壓U BEQ等晶體管的參數(shù)有關(guān),靜態(tài)工作點(diǎn)隨晶體管的參數(shù)變化而變化。

幾乎所有電子技術(shù)類的教材［1-10］,在介紹射極輸出器時(shí),所給出的電路均為圖1所示的形式,但都不說(shuō)明為什么采用基極電位不穩(wěn)定、靜態(tài)工作點(diǎn)不穩(wěn)定的簡(jiǎn)單構(gòu)成形式的偏置電路,都不強(qiáng)調(diào)靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置和穩(wěn)定問(wèn)題,都沒(méi)有分析靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定性對(duì)射極輸出器動(dòng)態(tài)性能影響的問(wèn)題。這給射極輸出器的教學(xué)帶來(lái)幾個(gè)疑點(diǎn)問(wèn)題：射極輸出器不需要穩(wěn)定的靜態(tài)工作點(diǎn)？靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定性對(duì)射極輸出器動(dòng)態(tài)性能有什么影響？

1 射極輸出器動(dòng)態(tài)性能和靜態(tài)工作點(diǎn)的關(guān)系分析

射極輸出器和其他放大電路一樣,用電壓放大倍數(shù) u反映對(duì)輸入信號(hào)的放大能力,用輸入電阻Ri反映對(duì)信號(hào)源的影響程度,用輸出電阻Ro反映帶負(fù)載的能力。

利用微變等效電路法［1-10］,求得圖1所示的射極輸出器的電壓放大倍數(shù) u、輸入電阻Ri及輸出電阻Ro三大動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的計(jì)算公式為:

電壓放大倍數(shù):

u=(1+β)

R′Lr be+(1+β)R′L

(3)

輸入電阻:

Ri=Rb∥［r be+(1+β)R′L］

(4)

輸出電阻:

Ro=Re∥R′s+r be1+β

(5)

其中:

R′L=Re∥RL

(6)

R′s=Rs∥Rb

(7)

r be=

r′ bb+(1+β)26(mV)I EQ(mA)

(8)

式(8)中含有靜態(tài)工作點(diǎn)的電量I EQ,使得含有晶體管輸入電阻 r be的電壓放大倍數(shù) u、輸入電阻Ri,輸出電阻Ro與I EQ有關(guān),但都可以近似忽略,分析如下：

晶體管的電流放大系數(shù)β1,電路一般滿足(1+β)R′L韗 be的關(guān)系,因而式(3)、式(4)可近似簡(jiǎn)化為：

u=(1+β)R′Lr be+(1+β)R′L(1+β)R′L(1+β)R′L=1

(9)

Ri=Rb∥［r be+(1+β)R′L］霷b∥βR′L

(10)

式(9),式(10)表明,電壓放大倍數(shù) u與靜態(tài)工作點(diǎn)的直流電量及靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定性近似無(wú)關(guān)；輸入電阻Ri與晶體管的電流放大系數(shù)β有關(guān),與靜態(tài)工作點(diǎn)的直流電量及靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定性近似無(wú)關(guān)。

射極輸出器的輸出端為負(fù)載RL其提供信號(hào)電壓,可將射極輸出器的輸出端用一個(gè)實(shí)際電壓源等效,其內(nèi)阻為射極輸出器的輸出電阻R o,如圖3所示。

由圖3可寫(xiě)出輸出電壓表達(dá)式為:

uo=RLRo+RLu′o

(11)

由于晶體管的電流放大系數(shù)β1,使式(5)所表示的輸出電阻Ro很小,電路一般滿足Ro頡L的關(guān)系,則式(11)可近似簡(jiǎn)化為:

uo=RLRo+RLu′o靧′o

(12)

式(5)、式(12)表明,雖然輸出電阻Ro與靜態(tài)工作點(diǎn)的電量有關(guān),但由于輸出電阻Ro很小,射極輸出器的帶負(fù)載能力受靜態(tài)工作點(diǎn)變化的影響很小可以忽略,負(fù)載RL兩端的電壓基本穩(wěn)定不變。

圖3 輸出端等效電路

2 結(jié) 語(yǔ)

以上分析表明,射極輸出器靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定性對(duì)電路動(dòng)態(tài)性能影響很小,可近似忽略。

放大電路直流偏置電路的構(gòu)成形式,要根據(jù)動(dòng)態(tài)性能受到靜態(tài)工作點(diǎn)的影響和制約情況等因素而確定。

因此,為簡(jiǎn)化電路,射極輸出器一般采用簡(jiǎn)單的偏置電路形式,即：

晶體管的基極只用一個(gè)電阻R b—— 用于引入晶體管發(fā)射結(jié)的正偏壓,簡(jiǎn)化了電路但基極直流電位不恒定；

晶體管的發(fā)射極接有電阻Re—— 因發(fā)射極交流電流ie 需經(jīng)電阻轉(zhuǎn)換成交流電壓從發(fā)射極輸出,發(fā)射極必須接有電阻Re,Re又對(duì)直流有負(fù)反饋?zhàn)饔?有一定穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的作用。

需要指出的是：

(1) 為滿足β1,(1+β)R′L韗 be及Ro頡L的條件,忽略靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定性對(duì)射極輸出器動(dòng)態(tài)性能的影響,晶體管的電流放大系數(shù)β應(yīng)盡可能大些。

(2) 射極輸出器的靜態(tài)工作點(diǎn)仍要設(shè)置合適,否則可能產(chǎn)生非線性失真,影響動(dòng)態(tài)輸出范圍。

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作者簡(jiǎn)介任駿原 男,遼寧葫蘆島人,副教授。主要從事電子技術(shù)的教學(xué)與研究工作。