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        從三極管輸入特性曲線角度理解靜態(tài)工作點自穩(wěn)定放大電路

        2015-12-25 00:57:32袁一鳴徐曉光
        科技視界 2015年18期
        關(guān)鍵詞:基極三極管靜態(tài)

        袁一鳴 徐曉光

        (安徽工程大學電氣工程學院,安徽 蕪湖 241000)

        0 前言

        我們知道,溫度變化會引起單管放大電路靜態(tài)工作點的變化,從而會導致放大信號的失真,共射放大電路靜態(tài)工作點的穩(wěn)定是教學上的一個難點,有的教材從純理論角度推導[1],有的教材從輸出特性曲線和理論分析角度[2]我在教學過程中發(fā)現(xiàn)對于這兩種方式的闡述,有時候?qū)W生理解起來覺得有點兒困難。經(jīng)過幾年教學的總結(jié)反思,發(fā)現(xiàn)如果從輸入特性曲線和理論相結(jié)合的角度來分析這個單管放大電路靜態(tài)工作點的穩(wěn)定,學生比較容易接受和理解。

        1 基本共射極放大電路直流通路以及靜態(tài)工作點確定

        靜態(tài)分析是在直流通路中進行,基本共射極放大電路直流通路如圖1 所示,其靜態(tài)工作點:

        圖1 基本共射極放大電路直流通路

        2 三極管的輸入特性曲線

        輸入特性曲線是描述三極管在管壓降uCE保持不變的前提下,基極電流iB和發(fā)射結(jié)壓降uBE之間的函數(shù)關(guān)系。而該輸入特性曲線會隨著溫度的升高左移,如下圖所示是NPN 三極管在20℃和50℃的輸入特性曲線。從這個特性曲線上來看,當溫度升高時,uBE是減小的,一般溫度每升高1℃,uBE約下將2mV-2.5mV[3-4],根據(jù)公式(1),當uBE下降時,IB會增大。從另一個角度看,溫度升高,晶體管放大系數(shù)β 也會增大,這樣一來,由公式(2)IC勢必會增大,整個晶體管靜態(tài)工作點就發(fā)生變化?,F(xiàn)在就想辦法改進電路,讓靜態(tài)工作點降下來,即讓IB、IC變小,這個時候討論讓IB變小需要在輸入特性曲線溫度改變后(比如50℃曲線)上進行討論,從B 點降到C 點,讓IB變小,意味著uBE也需要減小,這個時候需要改進基本放大電路,使IB降下來。

        3 靜態(tài)工作點自穩(wěn)定放大電路的設(shè)計

        倘若我們的基本共射極放大電路直流通路改進成圖3 所示,在選擇元器件時,使得I1≈I2,這個時候,基極電位

        從(3)可以看出,基極電位幾乎僅僅取決于RB1和RB2對UCC的分壓,而與溫度無關(guān),假設(shè)溫度從20℃上升到50℃,IB、IC增加,IE也隨之增加,射極電位UE升高,由于UBE=UB-UE,UB幾乎處于穩(wěn)定,則UBE減小。這個時候回到圖2 看溫度50℃時候輸入特性曲線,uBE下降了,IB也降下來了,則IC也會隨之下降,從定性的角度來分析,靜態(tài)工作點相對的自動穩(wěn)定了。

        圖2 三極管輸入特性曲線

        圖3 基本共射極放大電路直流通路

        4 注意事項

        在教學的過程中,我們求解靜態(tài)自穩(wěn)定放大電路靜態(tài)工作點中的IC往往使用的是如下公式:

        這個時候有的同學就根據(jù)公式(4)理解成,UBE減小,則IC會增大呀,跟前面分析的會有矛盾啊,實際上出現(xiàn)這種理解的偏差還是因為對三極管輸入特性曲線了解不夠透徹,我們再回到圖2,我們可以假設(shè)這樣一個過程,一開始在溫度升高之前,工作點是在A 點,當溫度升高后,由于曲線左移,工作點移到B 點,這個時候如果電路不加以改進,IB是升高的,改進電路后,則工作點移到了C 點,得到的結(jié)果就是IB降下來了,也就達到整個靜態(tài)工作點穩(wěn)定的目的,公式(4)僅僅是我們計算IC的一種方法,它并不能反應(yīng)整個工作點自穩(wěn)定的本質(zhì)過程。

        5 小結(jié)

        在模擬電路的學習過程中,學生經(jīng)常會覺得難以掌握,在教學過程中可以結(jié)合最原始、最本質(zhì)的特性曲線,采用圖解和理論相結(jié)合的方式,直觀、全面地對這些知識點加以闡述,做深入透徹的解析,提高模擬電路教學質(zhì)量。

        [1]秦增煌.電工學[M].北京:高等教育出版社,2009.

        [2]華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京:高等教育出版社,2006.

        [3]陳星弼,張慶中.晶體管原理與設(shè)計[M].北京:電子工業(yè)出版社,2007.

        [4]Richard R.Spencer,Mohammed S.Ghausi,電子電路設(shè)計基礎(chǔ)[M].北京:電子工業(yè)出版社.

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