靜態(tài)工作點穩(wěn)定性對射極輸出器動態(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)工作點不穩(wěn)定的電路形式,都沒有分析靜態(tài)工作點的穩(wěn)定性對電路動態(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)工作點的疑點問題。針對疑點問題,研究了射極輸出器的電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻等三大動態(tài)性能指標(biāo)的數(shù)值范圍及與靜態(tài)工作點的關(guān)系,得出射極輸出器靜態(tài)工作點的穩(wěn)定性對電路動態(tài)性能影響很小、射極輸出器的偏置電路可采用簡單構(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

中圖分類號：TN701 文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：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U BQ,發(fā)射極靜態(tài)電流 I EQ的表達式為:

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)成特點及靜態(tài)工作點的穩(wěn)定情況：

(1) 晶體管的基極只接有一個基極電阻Rb,沒有采用基極電位穩(wěn)定的二個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,所給出的電路均為圖1所示的形式,但都不說明為什么采用基極電位不穩(wěn)定、靜態(tài)工作點不穩(wěn)定的簡單構(gòu)成形式的偏置電路,都不強調(diào)靜態(tài)工作點的設(shè)置和穩(wěn)定問題,都沒有分析靜態(tài)工作點的穩(wěn)定性對射極輸出器動態(tài)性能影響的問題。這給射極輸出器的教學(xué)帶來幾個疑點問題：射極輸出器不需要穩(wěn)定的靜態(tài)工作點？靜態(tài)工作點的穩(wěn)定性對射極輸出器動態(tài)性能有什么影響？

1 射極輸出器動態(tài)性能和靜態(tài)工作點的關(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反映對輸入信號的放大能力,用輸入電阻Ri反映對信號源的影響程度,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三大動態(tài)性能指標(biāo)的計算公式為:

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)工作點的直流電量及靜態(tài)工作點的穩(wěn)定性近似無關(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)工作點的直流電量及靜態(tài)工作點的穩(wěn)定性近似無關(guān)。

射極輸出器的輸出端為負(fù)載RL其提供信號電壓,可將射極輸出器的輸出端用一個實際電壓源等效,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可寫出輸出電壓表達式為:

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

以上分析表明,射極輸出器靜態(tài)工作點的穩(wěn)定性對電路動態(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)動態(tài)性能受到靜態(tài)工作點的影響和制約情況等因素而確定。

因此,為簡化電路,射極輸出器一般采用簡單的偏置電路形式,即：

晶體管的基極只用一個電阻R b—— 用于引入晶體管發(fā)射結(jié)的正偏壓,簡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又對直流有負(fù)反饋作用,有一定穩(wěn)定靜態(tài)工作點的作用。

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)工作點的穩(wěn)定性對射極輸出器動態(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)工作點仍要設(shè)置合適,否則可能產(chǎn)生非線性失真,影響動態(tài)輸出范圍。

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作者簡介任駿原 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。