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摘 要 阐述了放大电路的静态工作点及对电路的影响，并对几种共射放大电路的稳定性进行了分析。
关键词 共射放大电路；静态工作点；稳定性；分析
中图分类号：TN721 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）10-0051-02
放大电路的很多技术指标都与静态工作点相关，静态工作点不仅影响波形失真，而且也影响电压增益。所以要想使放大电路工作在放大区，且具有较好的性能，必须设置合适的静态工作点。但不同的偏置电路，静态工作点的稳定性不同，因此要根据具体情况选择合适的电路。
1 放大电路的静态工作点及对电路的影响
1.1 放大电路的静态工作点
放大电路没有输入信号时的工作状态称为静态。[1]静态时，在直流电源的作用下，基极回路和集电极回路会存在一组直流量：IB、IC、UBE、UCE，这些直流量分别在三极管的输入、输出特性曲线上对应一个点，称为静态工作点。静态工作点对应的各量分别用IBQ、ICQ、UBEQ、UCEQ表示。
1.2 静态工作点对电路的影响
静态工作点的位置合适时，放大电路工作在正常放大状态；如果静态工作点过低，在输入信号的负半周，静态工作点容易进入截止区，出现截止失真；如果静态工作点过高，在输入信号的正半周，静态工作点容易进入饱和区，产生饱和失真。静态工作点不仅影响波形失真，而且对电路的放大倍数也有很大影响。
影响放大电路静态工作点的因素很多，如电源波动、偏置电阻的变化、管子的更换、元件的老化等，[2]三极管对温度非常敏感，因此在所有因素中，温度对静态工作点的影响最大。
要想使放大电路工作在正常放大状态，不出现失真，且具有较好的性能，电路必须有合适的稳定的静态工作点。
2 几种共射放大电路稳定性分析
2.1 固定偏置放大电路
1）基本固定偏置放大电路。基本固定偏置放大电路如图1所示。该电路中C1、C2为耦合电容，Rb为基极偏置电阻，电源UCC同时给发射结和集电结提供合适的偏置电压，当UCC和Rb固定时，晶体管的静态工作点就固定，故这种电路称为固定偏置电路。
该电路结构简单，通过设置合适的电源电压和电阻可得到较为合适的静态工作点。但当环境温度升高时，三极管的特性参数ICBO、UBE和β随温度的升高都会对静态工作点产生影响，最终导致集电极电流Ic增大，从而使放大电路的静态工作点移动到不合适的位置而无法正常工作，所以基本固定偏置放大电路最大的缺点是静态工作点不稳定，只能用在环境温度变化不大，稳定性要求不高的场合。
图1 基本固定偏置放大电路 图2 电压负反馈固定偏置电路
2）电压负反馈偏置电路。如果基极电阻不直接接电源，而接到集电极上，如图2所示，基极电阻就能把集电极电压的变化量反馈到输入端，故该电路称为电压负反馈电路，它能稳定直流工作点。当温度升高时，ICQ增大引起UBEQ和IBQ减小，最终使ICQ的增加受到一定的制约，从而静态工作点基本稳定。
该电路结构也比较简单，和基本固定偏置放大电路相比，稳定性有所改善，但由于负反馈的存在，放大倍数有所降低。当用变压器耦合或RC很小时，稳定性比较差。故该电路适用于要求不高的场合。
3）电流负反馈偏置电路。电流负反馈偏置电路如图3所示。该电路的组成是在基本固定偏置放大电路的基础上，在发射极串入电阻Re。射极电阻Re起电流负反馈作用。该电路结构也比较简单，与基本固定偏置放大电路相比，静态工作点也比较稳定，但由于负反馈的存在，放大倍数也有所降低。
图3 电流负反馈固定偏置电路
2.2 分压式偏置放大电路
把基本固定偏置放大电路中的基极偏置电阻Rb，用Rb1和Rb2代替，在发射极上接入发射极电阻Re ，由于三极管的基极偏置电压UB由电阻Rb1和Rb2分压提供，因此叫分压式偏置放大电路，如图4（a）所示。
（a） （b）
图4 分压式偏置放大电路
实际应用中，为保证Q点的稳定，要求I1>>IBQ，一般对于硅三极管：I1=（5～10）IBQ。
静态时，有
由UB的计算式可知，UB由Rb1、Rb2的分压而固定，与温度无关。这样当温度上升时，由于ICQ（IEQ）的增加，在Re上产生的压降IEQRe也要增加，因UBEQ=UB-IEQRe，由于UB固定，UBEQ随之减小，迫使IBQ减小，从而牵制了ICQ （IEQ）的增加，使ICQ基本维持恒定。[3]这种自动调节过程为电流负反馈。Re越大，直流负反馈的作用就越强，静态工作点稳定性越好。
该电路的好处是静态工作点稳定，Re越大，越稳定。但由于发射极电阻Re的接入，使电压放大倍数下降了很多，而且Re越大，电压放大倍数下降越多。为了解决这一矛盾，通常在电阻Re上并联一个大电容Ce ，如图4（b）所示。由于Ce“隔直通交”的作用，Re能稳定静态工作点，而且电路的电压放大倍数不会下降。
2.3 温度补偿偏置电路
温度补偿偏置电路是利用热敏元件的温度特性来补偿放大器件的温度特性，减小放大电路静态工作点的温漂，达到稳定静态工作点的目的。包括热敏电阻补偿电路和二极管补偿电路等。
对于热敏电阻补偿电路，因热敏电阻具有负温度系数，其阻值随温度的升高而减小，适当选择电阻值及温度系数，即可稳定静态工作点。
通常情况下，硅管的发射结电压受温度影响比较大，而锗管的反向穿透电流受温度影响比较大。所以，对于硅管组成的放大电路，可在硅三极管的基极下偏流电阻支路上串联一只正偏二极管，当二极管与三极管的类型和温度特性相同时，工作点可以基本稳定。对于锗管组成的放大电路，可在锗三极管的基极下偏流支路上串联一只反偏二极管，当二极管与三极管的类型和温度特性相同时，工作点可以基本稳定。
温度补偿偏置电路如果参数选配合适，稳定性很高。但要得到合适的参数，需要对二极管和热敏电阻逐个进行严格的挑选和实验，所用元件也比较多，没有负反馈电路简单。因此，一般用在稳定性要求较高的场合。
3 结束语
静态工作点不仅影响波形失真，而且影响放大电路的性能，而不同的偏置电路静态工作点的稳定性不同，各有特点，因此，在实际中要根据具体情况，选择最佳的偏置电路。
参考文献
[1]李仁华，冯赟.电子技术[M].北京：北京理工大学出版社，2010：31.
[2]苏士美.模拟电子技术[M].北京：人民邮电出版社，2007：53.
[3]袁明文，谢广坤.电子技术[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2013：39.
关键词 共射放大电路；静态工作点；稳定性；分析
中图分类号：TN721 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）10-0051-02
放大电路的很多技术指标都与静态工作点相关，静态工作点不仅影响波形失真，而且也影响电压增益。所以要想使放大电路工作在放大区，且具有较好的性能，必须设置合适的静态工作点。但不同的偏置电路，静态工作点的稳定性不同，因此要根据具体情况选择合适的电路。
1 放大电路的静态工作点及对电路的影响
1.1 放大电路的静态工作点
放大电路没有输入信号时的工作状态称为静态。[1]静态时，在直流电源的作用下，基极回路和集电极回路会存在一组直流量：IB、IC、UBE、UCE，这些直流量分别在三极管的输入、输出特性曲线上对应一个点，称为静态工作点。静态工作点对应的各量分别用IBQ、ICQ、UBEQ、UCEQ表示。
1.2 静态工作点对电路的影响
静态工作点的位置合适时，放大电路工作在正常放大状态；如果静态工作点过低，在输入信号的负半周，静态工作点容易进入截止区，出现截止失真；如果静态工作点过高，在输入信号的正半周，静态工作点容易进入饱和区，产生饱和失真。静态工作点不仅影响波形失真，而且对电路的放大倍数也有很大影响。
影响放大电路静态工作点的因素很多，如电源波动、偏置电阻的变化、管子的更换、元件的老化等，[2]三极管对温度非常敏感，因此在所有因素中，温度对静态工作点的影响最大。
要想使放大电路工作在正常放大状态，不出现失真，且具有较好的性能，电路必须有合适的稳定的静态工作点。
2 几种共射放大电路稳定性分析
2.1 固定偏置放大电路
1）基本固定偏置放大电路。基本固定偏置放大电路如图1所示。该电路中C1、C2为耦合电容，Rb为基极偏置电阻，电源UCC同时给发射结和集电结提供合适的偏置电压，当UCC和Rb固定时，晶体管的静态工作点就固定，故这种电路称为固定偏置电路。
该电路结构简单，通过设置合适的电源电压和电阻可得到较为合适的静态工作点。但当环境温度升高时，三极管的特性参数ICBO、UBE和β随温度的升高都会对静态工作点产生影响，最终导致集电极电流Ic增大，从而使放大电路的静态工作点移动到不合适的位置而无法正常工作，所以基本固定偏置放大电路最大的缺点是静态工作点不稳定，只能用在环境温度变化不大，稳定性要求不高的场合。
图1 基本固定偏置放大电路 图2 电压负反馈固定偏置电路
2）电压负反馈偏置电路。如果基极电阻不直接接电源，而接到集电极上，如图2所示，基极电阻就能把集电极电压的变化量反馈到输入端，故该电路称为电压负反馈电路，它能稳定直流工作点。当温度升高时，ICQ增大引起UBEQ和IBQ减小，最终使ICQ的增加受到一定的制约，从而静态工作点基本稳定。
该电路结构也比较简单，和基本固定偏置放大电路相比，稳定性有所改善，但由于负反馈的存在，放大倍数有所降低。当用变压器耦合或RC很小时，稳定性比较差。故该电路适用于要求不高的场合。
3）电流负反馈偏置电路。电流负反馈偏置电路如图3所示。该电路的组成是在基本固定偏置放大电路的基础上，在发射极串入电阻Re。射极电阻Re起电流负反馈作用。该电路结构也比较简单，与基本固定偏置放大电路相比，静态工作点也比较稳定，但由于负反馈的存在，放大倍数也有所降低。
图3 电流负反馈固定偏置电路
2.2 分压式偏置放大电路
把基本固定偏置放大电路中的基极偏置电阻Rb，用Rb1和Rb2代替，在发射极上接入发射极电阻Re ，由于三极管的基极偏置电压UB由电阻Rb1和Rb2分压提供，因此叫分压式偏置放大电路，如图4（a）所示。
（a） （b）
图4 分压式偏置放大电路
实际应用中，为保证Q点的稳定，要求I1>>IBQ，一般对于硅三极管：I1=（5～10）IBQ。
静态时，有
由UB的计算式可知，UB由Rb1、Rb2的分压而固定，与温度无关。这样当温度上升时，由于ICQ（IEQ）的增加，在Re上产生的压降IEQRe也要增加，因UBEQ=UB-IEQRe，由于UB固定，UBEQ随之减小，迫使IBQ减小，从而牵制了ICQ （IEQ）的增加，使ICQ基本维持恒定。[3]这种自动调节过程为电流负反馈。Re越大，直流负反馈的作用就越强，静态工作点稳定性越好。
该电路的好处是静态工作点稳定，Re越大，越稳定。但由于发射极电阻Re的接入，使电压放大倍数下降了很多，而且Re越大，电压放大倍数下降越多。为了解决这一矛盾，通常在电阻Re上并联一个大电容Ce ，如图4（b）所示。由于Ce“隔直通交”的作用，Re能稳定静态工作点，而且电路的电压放大倍数不会下降。
2.3 温度补偿偏置电路
温度补偿偏置电路是利用热敏元件的温度特性来补偿放大器件的温度特性，减小放大电路静态工作点的温漂，达到稳定静态工作点的目的。包括热敏电阻补偿电路和二极管补偿电路等。
对于热敏电阻补偿电路，因热敏电阻具有负温度系数，其阻值随温度的升高而减小，适当选择电阻值及温度系数，即可稳定静态工作点。
通常情况下，硅管的发射结电压受温度影响比较大，而锗管的反向穿透电流受温度影响比较大。所以，对于硅管组成的放大电路，可在硅三极管的基极下偏流电阻支路上串联一只正偏二极管，当二极管与三极管的类型和温度特性相同时，工作点可以基本稳定。对于锗管组成的放大电路，可在锗三极管的基极下偏流支路上串联一只反偏二极管，当二极管与三极管的类型和温度特性相同时，工作点可以基本稳定。
温度补偿偏置电路如果参数选配合适，稳定性很高。但要得到合适的参数，需要对二极管和热敏电阻逐个进行严格的挑选和实验，所用元件也比较多，没有负反馈电路简单。因此，一般用在稳定性要求较高的场合。
3 结束语
静态工作点不仅影响波形失真，而且影响放大电路的性能，而不同的偏置电路静态工作点的稳定性不同，各有特点，因此，在实际中要根据具体情况，选择最佳的偏置电路。
参考文献
[1]李仁华，冯赟.电子技术[M].北京：北京理工大学出版社，2010：31.
[2]苏士美.模拟电子技术[M].北京：人民邮电出版社，2007：53.
[3]袁明文，谢广坤.电子技术[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2013：39.