静态工作点分析报告

16 / 16141414设计单级共基极放大电路静态工作点分析1绪论本课程设计的基本要对静态工作点分析（白冰）；输入信号的变化对放大电路输出的影响（师晓辉）；测量放大电路的放大倍数（闫斌）；输入电阻（特）；输出电阻（齐帅）。本论文针对静态工作点的分析，静态工作点是在分析放大电路时提出来的，它是放大电路正常工作的重要条件。当把放大器的输入信号短路，把IN直接接地，则放大器处于无信号输入状态，称为静态。如果静态工作点选择不合适，则输出波形会失真，因此设置合适静态工作点是放大电路正常工作的前提。静态分析就是求解静态工作点Q,再输入信号为零时,晶体管和场效应管各电极间的电流和电压就是Q点。可用估算法和图解法求解。Multisim软件是一个专门用于电子线路仿真与设计的EDA工具软件。作为Windows下运行的个人桌面电子设计工具，Multisim是一个完整的集成化设计环境。Multisim计算机仿真与虚拟仪器技术可以很好地解决理论教学与实际动手实验相脱节的这一问题。学生可以很方便地把刚刚学到的理论知识用计算机仿真真实的再现出来，并且可以用虚拟仪器技术创造出真正属于自己的仪表。它具有直观的图形界面,丰富的元器件，强大的仿真能力，丰富的测试仪器，完备的分析手段，独特的射频模块，强大的MCU模块，完善的后处理，详细的报告，兼容性好的信息转换特点。所以NIMultisim软件电子学教学的首选软件工具。11414142设计任务（一）目的：1.了解单极共基极放大电路的基本工作原理；2.学会运用软件模拟设计电路、应用各种仪器。了解电路在不同状态下的变化特点，学会对电路的变化分析；3.了解设置静态工作点分析的必要性4.熟悉静态工作点与动态参数的估算5.了解稳定静态工作点的措施（二）原理：1.共基极放大电路中，输入信号是由三极管的发射极与基极两端输入的，再由三极管的集电极与基极两端获得输出信号因为基极是共同接地端，所以称为共基极放大电路。2.共基极放大电路具有以下特性：（1）、输入信号与输出信号同相；(2）、电压增益高；（3)、电流增益低（1）；(4)、功率增益高；(5)、适用于高频电路。共基极放大电路的最大优点是频带宽，因而常用于无线电通信方面。3设计电路（一）单级共基极放大电路图2141414图31单级共基极放大电路图（二）放大器静态工作点的测量与调试由于电子器件性能的分散性比较大，因此在设计和制作晶体管放大电路时，离不开测量和调试技术术在技术前应测量所用元器件的参数，为电路设计提供必要的依据，在完成设计和转被以后，还必须测量和调试放大器的静态工作点和各项性能指标。一个优质放大器，必定是理论设计和实验调试相结合的产物。因此，除了学会放大器的理论知识和设计方法外，还必须掌握必要的测量和调试技术。放大器的测量和调试一般包括：放大器静态工作点的测量与调试，消除干扰与自激震荡与放大器各项动态参数的测量与调试等。1.静态工作点的测量测量放大器的静态工作点，应在输入信号Ui=0的情况下进行，即将放大器的输入端与地端短接，然后选用量程合适的直流毫安表和直流电压表，分别测量晶体管的集电极电流IC以与各电极对地的电位UB、UC和UE。一般实验3141414中，为了避免短开集电极，所以采用测量电压，然后算出IC的方法，例如，只要测出UE，即可用ICIE=UE/RE算出IC（也可根据IC=(UCC-UC)/RC,由UC确定IC）同时也能算出UBE=UB-UE，UCE=UC-UE。为了减小误差，提高测量精度，应选用阻较高的直流电压表。2.静态工作点的调试放大器静态工作点的调试是指对管子集电极电流IC（或UCE）的调整与测试。静态工作点是否合适，对放大器的性能和输出波形都有很大影响。如工作点偏高，放大器在加入交流信号以后易产生饱和失真，此时UO的负半周将被削低，如图31（a）所示；如工作点偏低则易产生截止失真，即UO的正半周被缩顶（一般截止失真不如饱和失真明显），如图32（b）所示。这写情况都不符合不失真放大的要求。所以在选定工作点以后还必须进行动态调试，即在放大器的输入端加入一定的UI，接茬输出电压UO的大小和波形是否满足要求。如不满足，则应调试工作点的位置。4141414改变电路参数UCC、RC、RB(RB1、RB2)都会引起静态工作点的变化，如图33所示。但通常多采用调节偏电阻RB2的方法来改变静态工作点，如减小RB2，则可使静态工作点提高等。最后还要说明的是，上面所说的工作点“偏高”或“偏低”不是绝对的，应该是相对信号的幅度而言，如信号幅度很小，即使工作点较高或较低也不一定会出现失真。所以确切地说，产生波形失真是信号幅度与静态工作点设置配合不当所致。如需满足较大信号幅度的要求，静态工作点最好尽量靠近交流负载线的中点。（三）单级共基静态工作点的分析过程1.测量IBQ:5141414图342.测量ICQ图353.测量IEQ6141414图364.测量UBEQ：图375.测量UCEQ：7141414图38上图为基本共基放大电路，令UI=0，发射极电位UEQ=—UBQ，集电极电位UCQ=VCC-ICQRC，便可得出静态工作点.IEQ=(VBB-UBEQ)REIBQ=IEQ(1+b)UCEQ=UCQ-UEQ=VCC-ICQRC+UBEQ用晶体管的h参数等效模型取代所示电路中的晶体管，便可得到基本共基放大电路的交流等效电路。4结论总结本次课程设计是以实验为基础，以Multisim为模拟辅助进行的。从分析可以总结出，静态工作点不但决定了电路是否会产生失真，而且还影响着电压放大倍数、输入电阻等动态参数。实际上电源电压的的波动、元件的老化以与因温度变化所引起晶体管参数的变化，都会造成静态工作点不稳定的诸多因素，温度对晶体管参数的影响是最为主要的。8141414（一）静态工作点Q的设置1.设置Q点的作用：放大电路在处于动态时（Vi0），电路中既有交流，又有直流。直流是偏置为放大信号建立条件、搭建平台。若电路中没有直流量，交流放大无法实现。这犹如收音机没有电池供电，肯定收听不到电台信号一样的道理。2.设置Q点的原则：一般来说，Q点应在交流负载线AB的中央位置处，这样可获得最大的不失真输出，亦即可得到最大的动态工作围。3.合理地设置Q点对交流输出的影响:（1）若Q点设置合理，输出波形失真会尽可能小。但当Q点位置选择不当时，会出现严重的非线性失真。图41分析图41共射放大电路（倒相作用）。对于晶体管它有三个工作区，即放大区、截止区、饱和区，如图42。Q点设置合理，那么交流小信号Vi在输入的整个周期，都被放大电路放大，然后输出一个完整的正弦波形供给负载RL。9141414为RL，RL=RC/RL的直线）。若M点“误入”非线性区域，那么就会出现波形图42（2）若Q点设置过高或过低，在Vi信号作用下，晶体管一段时间工作在饱和区或截止区、一段时间工作在放大区，这样放大电路输出波形就出现失真。因在动态时（Vi0），电路中的电流、电压为直流分量和交流分量的叠加，都是一个变动值。电路中电压、电流是随时在变，如输出回路中集电极电流IC、集射电压VCE。由这两个量所确定的点M在交流负载线上AB上移动（过Q点，斜率1失真，如图43（a）（饱和失真），如图43（b）（截止失真）。（a）（b）图43（二）基极输出器静态工作点10141414基极输出器静态工作点的稳定性对电路动态性能影响很小，可近似忽略。放大电路直流偏置电路的构成形式，要根据动态性能受到静态工作点的影响和制约情况等因素而确定。因此，为简化电路，基极输出器一般采用简单的偏置电路形式，即:晶体管的基极只用一个电阻RB用于引入晶体管发射结的正偏压，简化了电路但基极直流电位不恒定；晶体管的发射极接有电阻RE因发射极交流电流IE需经电阻转换成交流电压从发射极输出，发射极必须接有电阻RE，RE又对直流有负反馈作用，有一定稳定静态工作点的作用。需要指出的是：（1)为满足b1，(1+b)RBE与RORL的条件，忽略静态工作点的稳定性对射极输出器动态性能的影响，晶体管的电流放大系数卢应尽可能大些。(2)基极输出器的静态工作点仍要设置合适，否则可能产生非线性失真，影响动态输出围。(三)稳定静态工作点的措施典型的静态工作点稳定电路中利用负反馈稳定Q点，而图39（a）中则采用温度补偿的方法来稳定Q点。使用温度补偿方法稳定静态工作点时，必须在电路中采用对温度敏感的器件，如二极管、热敏电阻等。在图39（a）所示电路中，电源电压VCC远大于晶体管be间导通电压UBEQ，因此Rb中静态电流IRb=VCC-UBEQRbVCCRb11141414节点B的电流方程为IRb=IR+IBQ图39稳定静态工作点的措施（a）利用二极管的反向特性进行稳步补偿（b）利用二极管的正向特性进行温度补偿IR为二极管的反向电流，IBQ为晶体管基极静态电流。当温度升高时，一方面IC增大，另一方面由于IR增大导致IB减小，从而IC随之减小。当参数合适时，IC可基本不变。其过程简述如下：T（）ICIRIBIC从这个过程的分析可知，温度补偿方法的考温度敏感器件直接对基极电流IB产生影响，使之产生与IC相反方向的变化。图39（b）所示电路同时使用引入直流负反馈和温度补偿两种方法来稳12141414定Q点。设温度升高时二极管电流基本不变，因此其压降UD必然减小，稳定过程简述如下：T（）ICUEUDUBUBEIC当温度降低时，各物理量想相反方向变化。对于放大电路中的最基本要求，一是不失真，二是能够放大。如果输出的波形严重失真，所谓“放大”毫无意义，因此，设置合适的静态工作点，以保证放大电路不产生失真是非常必要的5收获心得本次模拟电子线路课程设计过程，我学到了很多东西，通过静态工作点的分析，不仅掌握了共基极放大电路的分析思路，全面了解到晶体管单管放大电路的三种基本揭发的特点。更是对一学期以来所学的电子方面的知识也重新学习和复习了一遍，也对自己在模拟电子方面的能力有了更客观的认识和评价。在这次设计过程中，从最基本的查原件，找资料做起，了解了完整的电子设计的一般步骤，也和同学们共同探讨，学到了很多课堂上学不到的东西，也遇到了各种各样从没有想到的问题，通过请教老师，和同学交流，搜索资料等各种方面解决它们，可以说是为我们以后再电子领域的发展做了一些有意的尝试，同时也使我增加了对电子方面知识的兴趣，也从中发现了自己的一些不足的地方，以后会多多改进。最后，在这里也非常感指导老师，感你们的耐心指导，!6参考文献1华中理工大学电子学教研室，康华光主编，电子基础基础（模拟部分）.第四版.:高等教育,1999.131414142交通大学电子学教研室,尚贤主编.电子技术导论.:高等教育,1985.3佳奎主编,电子线路第4版.:高等教育,1999.4王远主编,模拟电子技术.:机械工业,1994.5大学电子学教研室,家龙、王小海、章安元主编.模拟集成电子技术教程.:高等教育,2002.6汪惠、王志华编著.电子电路的计算机辅助分析与设计方法.:清华大学,2006.7童诗白、何金茂主编.电子技术试题汇编(模拟部分).:高等教育出版社,1992.14