靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定性對(duì)射極輸出器動(dòng)態(tài)性能的影響

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)問題。針對(duì)疑點(diǎn)問題，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)

0 引 言
    圖1為見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。

    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，可寫出基極直流電位UBQ，發(fā)射極靜態(tài)電流IEQ的表達(dá)式為：

    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UBQ與電流放大系數(shù)盧、發(fā)射結(jié)直流電壓UBEQ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Re引入了直流負(fù)反饋，但因基極直流電位UBQ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IEQ與電流放大系數(shù)β、發(fā)射結(jié)直流電壓UBEQ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，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)定問題，都沒有分析靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定性對(duì)射極輸出器動(dòng)態(tài)性能影響的問題。這給射極輸出器的教學(xué)帶來(lái)幾個(gè)疑點(diǎn)問題：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)Au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，求得圖1所示的射極輸出器的電壓放大倍數(shù)Au、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)：

        
    式(8)中含有靜態(tài)工作點(diǎn)的電量IEQ，使得含有晶體管輸入電阻rbe的電壓放大倍數(shù)Au、輸入電阻Ri，輸出電阻Ri與IEQ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)β>>1，電路一般滿足(1+β)RL’>>rbe的關(guān)系，因而式(3)、式(4)可近似簡(jiǎn)化為：

   
    式(9)，式(10)表明，電壓放大倍數(shù)Au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Ro，如圖3所示。

    由圖3可寫出輸出電壓表達(dá)式為：

   
    由于晶體管_的電流放大系數(shù)β>>1，使式(5)所表示的輸出電阻Ro很小，電路一般滿足Ro<<RL的關(guān)系，則式(11)可近似簡(jiǎn)化為：

    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。

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Rb——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β>>1，(1+β)>>rbe及Ro<<RL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)盧應(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。