放大电路静态工作点的优化方法

1.静态工作点的定义

如图2.6 所示，在放大电路中，当有信号输入时，交流量与直流量共存。 当外加输入信号为0 时，放大电路处于直流工作状态或静止状态，简称静态。 此时，在直流电源VCC的作用下，三极管的各电极都存在直流电流和直流电压，这些直流电流和直流电压在三极管的输入和输出特性曲线上各自对应一点Q，该点称为静态工作点。 静态工作点处的基极电流、基极与发射极之间的电压分别用IBQ、UBEQ表示，集电极电流、集电极与发射极之间的电压分别用ICQ、UCEQ表示。

图2.6　静态工作点在共射放大电路中的描述示意图

（IBQ，UBEQ） 和（ICQ，UCEQ） 分别对应于输入输出特性曲线上的一个点，称为静态工作点，如图2.7 所示。

图2.7　静态工作点在输入输出特性曲线上的位置

静态： ui ＝0 时，放大电路的工作状态，也称为直流工作状态。

动态： ui≠0 时，放大电路的工作状态，也称为交流工作状态。

对放大电路建立正确的静态，是保证动态工作的前提。 分析放大电路必须要正确地区分静态和动态，正确地区分直流通路和交流通路。

2.设置静态工作点的必要性

放大电路中设置合适的静态工作点，使交流信号驮载在直流分量之上，保证晶体管在输入信号的整个周期内始终工作在放大状态，输出电压波形才不会产生失真，如图2.8 所示。

图2.8　基本共发射极放大电路的波形分析

（a） ui 波形； （b） iB（iC） 波形； （c） uCE波形； （d） uo 波形

静态工作点的设置不仅会影响放大电路是否会产生失真，还会影响放大倍数、最大输出电压等动态参数。 基本共发射极放大电路各点波形如图2.9 所示。

图2.9　基本共发射极放大电路各点波形

3.放大电路的失真分析

在放大电路中，输出信号应该成比例地放大输入信号（即线性放大）。 如果两者不成比例，则输出信号不能反映输入信号的情况，放大电路产生非线性失真。 为了得到尽量大的输出信号，要把Q 设置在交流负载线的中间部分，如图2.10 所示。 如果Q 设置不合适，信号进入截止区或饱和区，造成非线性失真。(www.xing528.com)

图2.10　基本共射放大电路不失真波形

（a） 输入回路波形； （b） 输出回路波形

1） 截止失真（静态工作点Q 点过低）

基本概念： 因晶体管截止而产生的失真称为截止失真。

当放大电路Q 点过低时，导致放大电路的动态工作点达到了三极管的截止区而引起的非线性失真，如图2.11 所示。 对于NPN 管，输出电压表现为顶部失真。

图2.11　基本共发射极放大电路截止失真波形

（a） 输入回路波形； （b） 输出回路波形

消除方法： 适当抬高Q 点，如减小RB或增大VBB可以增大IBQ。

2） 饱和失真（静态工作点Q 点过高）

基本概念： 因晶体管饱和而产生的失真称为饱和失真。

当放大电路Q 点过高时，导致放大电路的动态工作点达到了三极管的饱和区而引起的非线性失真，如图2.12 所示。 对于NPN 管，输出电压表现为底部失真。

图2.12　基本共射放大电路饱和失真波形

（a） 输入回路波形； （b） 输出回路波形

消除方法： 适当降低Q 点，如增大RB或减小VBB可以减小IBQ。

上述两种失真都是由于静态工作点选择不当或输入信号幅度过大，使三极管工作在特性曲线的非线性部分所引起的失真，因此统称为非线性失真。 一般来说，如果希望输出幅度大而失真小，工作点最好选在交流负载线的中点。

注意： 对于PNP 管，由于是负电源供电，所以失真的表现形式与NPN 管正好相反。