摘要:在分析放大电路中分压式偏置电路两种常用求解方法的基础上,给出了在计算静态工作点时可避免较大误差产生的适用条件。
关键词:分压式电路 静态工作点 戴维南定理
1、引言
放大电路的核心是有源元件,即晶体管或场效应管,在基本放大电路中,只有在信号的任意时刻晶体管都工作在放大区或场效应管都工作在恒流区,输出才不会失真。因此,放大电路必须设置合适的静态工作点。当输入信号为零时,晶体管和场效应管各电极间的电压或电流称为点,对于晶体管来说,点包括基极电流、集电极电流,b-e间电压和管压降。静态工作点的选择及稳定具有举足轻重的作用,直接关系到放大电路能否正常可靠地工作,通常采用在放大电路中引入直流负反馈等方法稳定静态工作点,如典型的分压式偏置静态工作点稳定电路[1]。
2、分压式电路求解方法
2.1 常用求解法
图1三极管为放大电路的核心元件。其中、为基极偏置电阻,为集电极负载,为发射极负载,,为信号耦合电容,为旁路电容。由于三极管为NPN型,三极管的集电极(c)、基极(b),发射极(e)电位满足,处于放大的状态[2]。
先通过线性电阻分压电路、来计算三极管的基极电位
(1)
由基尔霍夫电压定理,发射结导通电压加上发射极电阻上的电压应该等于基极的电位[3]。故:
(2)
由于,为已知值,在该式中可计算出,发射极的静态电流。根据三极管的电流分配定律:
(3)
(4)
当的数值较大时(时),
(5)
由基尔霍夫电压定理,
(6)
综合(2)~(6)式。得到三极管的静态工作点的三个主要的参数,和。
2.2 戴维南求解法
将图2进行交换,由此图2的戴维南等效电路图如图3所示,左边的的电路等效成一个电压源和一个电阻的串联,其输入回路就变为一简单回路,从而就避免了上述传统方法所作的近似问题。
根据戴维南定理[4],图3的电压源和等效电阻分别为:
(7)
(8)
(7)式中的极性与电压源极性一致。根据图3可列方程:
(9)
由(7)~(9)式解出,再代入(4)式和(6)式,可求得静态工作点的三个主要参数,和
3、分压式电路的适用条件
如图1所示,电路中:,,,,,,,确定该电路的静态工作点。在这个分压式电路中,根据上面所述的方法:
此时由+15V的电源经过向三极管所能提供的最大的集电极电流为,远小于上面计算的数据,即三极管已经进入饱和状态。以上计算方法出现错误,条件不成立。所以应计算分压式电路的适用条件。
根据电路中的节点电流定理,等于加上三极管的基极电流为。即,经验表明当时,我们认为远大于基极电流,所以。此时基极的电位才可以根据(1)式进行计算。由于该条件设有给出具体的衡量方法,因此,本文提出一个计算公式。
电阻和三极管的基极电路构成一个封闭的回路。该回路上可适用全电路的欧姆定律。
(10)
将有关的数据代入(10)式中可得
(11)
当基极的电位时,(11)式可简化为
(12)
若具备条件远大于基极电流,则有,即
(13)
当(13)式满足时,可以使,上述的(1)式成立,(2)(4)(6)式根据电路定律自然成立。即可以应用分压式电路静态工作点的计算方法。所以(13)式为该计算方法的适用条件。
我们把这个适用条件代入上面的数字, ,不满足远大于,所以出现上面的错误。
4、结语
计算分压式偏置电路、静态工作点时,为避免产生较大误差,应判断分压式计算方法的配置条件。若满足时,就可以采用分压式的两种求解方法,而且方法2利用戴维南定理对分压式偏置方法电路静态工作点进行定量分析时,避免了方法1所作的近似。因此,掌握这些方法,对培养学员的电路分析计算能力具有一定的价值。
参考文献
[1]华成英,童诗白.模拟电子技术技术[M].北京:高等教育出版社,2006.
[2]王远.模拟电子技术[M].北京:机械工业出版社,1994.
[3]邱关源.电路[M].北京:高等教育出版社,1989.
[4]梁明理,邓仁清.电子线路[M].北京:高等教育出版社,2000.
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