李德明

摘要：該文重點(diǎn)介紹BJT三極管放大電路的交、直流負(fù)載線的作法及輸出達(dá)到最大動(dòng)態(tài)范圍時(shí)對(duì)應(yīng)Q點(diǎn)的確定方法，使晶體管放大電路達(dá)到最佳工作狀態(tài)，并通過(guò)電路仿真對(duì)方法加以驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞：放大電路；靜態(tài)工作點(diǎn)；直流負(fù)載線；交流負(fù)載線

中圖分類號(hào)：TP18 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2015）12-0201-01

在三極管共發(fā)射極輸出特性曲線上作出直流負(fù)載線和交流負(fù)載線，便可以快速獲取輸出電壓的動(dòng)態(tài)范圍，同時(shí)也可通 過(guò)調(diào)節(jié)靜態(tài)工作點(diǎn)的位置來(lái)獲取最大動(dòng)態(tài)范圍。

1 共發(fā)射極放大電路的直流負(fù)載線與交流負(fù)載線

1）直流負(fù)載線作法

如圖1所示的共發(fā)射極放大電路，其集電極直流電流和CE間的直流電壓可用圖2所示的電路求得為UCEQ=VCC-ICQ（RC+RE），在輸出特性曲線上作出此方程為一直線，稱之為直流負(fù)載線。Q（UCEQ，ICQ）為此直線的一點(diǎn)，調(diào)節(jié)ICQ的值可使Q點(diǎn)在直線上移動(dòng)，可知此直線在橫軸和縱軸上的截距為VCC和VCC/（RC+RE），其斜率為-1/（RC+RE）。

2）交流負(fù)載線作法

圖1中發(fā)射極旁路電容Ce和輸出耦合電容Cc上的直流電壓分別為UEQ和UCQ，因此直流電壓基本不變，將之以直流電壓源等效，可得圖3所示的等效電路，在圖3中便可求出交直流共存時(shí)的CE端口關(guān)聯(lián)參考方向下的伏安關(guān)系。將三極管除外的電路用戴維南定理等效，圖3可簡(jiǎn)化為圖4所示之電路。等效電路中電壓源為Vp，等效電阻為[R′L]，二者分別為：

[VP=UCEQ+RLRC+RL（VCC-UCQ） ]（1）

[R′L=RC//RL=RCRLRC+RL] （2）

求出CE端口的伏安關(guān)系為：

[uCE=VP-icR′L=UCEQ+RLRC+RL（VCC-UCQ）-RLRCRC+RLic] （3）

式（3）為交流負(fù)載線的方程。當(dāng)[ic]為ICQ時(shí)，[uCE]為UCEQ，由此可見(jiàn)交流負(fù)載線是經(jīng)過(guò)Q點(diǎn)且斜率為[-1R′]的直線，與橫軸和縱軸的截距分別為[VP]和[VPR′L]。

2 輸出電壓的最大動(dòng)態(tài)范圍

1）共發(fā)射極放大電路輸出最大動(dòng)態(tài)范圍

為使共發(fā)射極放大電路輸出電壓波形的正負(fù)半周均達(dá)到最大范圍，應(yīng)將UCEQ設(shè)置于[UCES]和[VP]的中心點(diǎn)，即

[UCEQ=（UCES+VP）2≈VP2] （4）

聯(lián)立式（1）與式（3）可得

[ICQ=（VCC-UCES）（RC+RC+R′L）] （5）

[UCEQ=UCES+R′LICQ] （6）

在圖1中調(diào)節(jié)[Rb1]和[Rb2]的分壓比例，即可設(shè)定設(shè)定合適的[ICQ]，使[UCEQ]滿足式（4）的條件。若將圖1中[Rc]、[Re]、[RL]均設(shè)置為[2KΩ]，VCC設(shè)為12V，調(diào)節(jié)分壓比使[ICQ]為1.5mA， 則可計(jì)算出[UCEQ=6V]、[VP=7.5V]、[VP/R′L=7.5mA]，依此可作出如圖5所示之交、直流負(fù)載線。從圖中可分析得知，放大輸出時(shí)信號(hào)正半周最大動(dòng)態(tài)范圍為[VP-UCEQ=1.5V]，即正半周最大不失真輸出電壓的分值約為1.5V，而負(fù)半軸動(dòng)態(tài)范圍約為[UCEQ=6V]，頂部先于底部產(chǎn)生失真。

對(duì)上述參數(shù)設(shè)置后的電路進(jìn)行仿真，出現(xiàn)頂部失真和底部失真的波形分別如如圖6、圖7所示，失真時(shí)頂部的峰值電壓為1.5V，與分析的結(jié)論吻合。

為了使放大器正負(fù)半周出現(xiàn)不失真的最大峰值電壓對(duì)稱，應(yīng)按照式（5）對(duì)放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整?，F(xiàn)將電路的參數(shù)修改為[Rc=1.5KΩ]、[Re=200Ω]、[RL=10KΩ]，依式（5）將放大電路[ICQ]調(diào)整為3.9 mA，則[UCEQ=5.37V]，[VP=10.44V]，則輸出動(dòng)態(tài)最大范圍應(yīng)該為[VP-UCEQ=5.07V]。

對(duì)電路進(jìn)行仿真，輸入較大幅度的信號(hào)使輸出電壓波形失真，其波形見(jiàn)圖8所示，從失真的波形可以看出，其頂部和底部的最大峰值電壓均為5V，可以驗(yàn)證式（4）、式（5）所述之最大動(dòng)態(tài)范圍設(shè)置方法是有效地。

參考文獻(xiàn)：

[1] 湯普林.實(shí)用模擬電路設(shè)計(jì)[M].北京：人民郵電出版社，2009.