【模电】设置静态工作点的必要性

news2024/11/16 13:03:59

设置静态工作点的必要性

静态工作点
为什么要设置静态工作点

静态工作点

在放大电路中，当有信号输入时，交流量与直流量共存。将输入信号为零、即直流电源单独作用时晶体管的基极电流 $I\tiny B$ 、集电极电流 $I\tiny C$ 、b - e间电压 $U\tiny BE$ 、管压降 $U\tiny CE$ 称为放大电路的静态工作点Q，常将四个物理量记作 $I\tiny BQ$ 、 $I\tiny CQ$ 、 $U\tiny BEQ$ 、 $U\tiny CEQ$ 。在近似估算中常认为 $U\tiny BEQ$ 为已知量，对于硅管，区 $|{U\tiny BEQ}|$ 为0.6V至0.8V中的某一值，如0.7V；对于锗管，取 $|{U\tiny BEQ}|$ 为0.1V至0.3V中的某一值，如0.2V
在下图所示电路中，令 $\.{U}{\tiny i}=0$ ，根据回路方程，便可得到静态工作点的表达式
$\begin{cases} {I\tiny BQ}=\frac{{V\tiny BB}-{U\tiny BEQ}}{R\tiny b} \\ {I\tiny CQ}={\={\beta}}{I\tiny BQ}={\beta}{I\tiny BQ} \\ {U\tiny CEQ}={V\tiny CC}-{I\tiny CQ}{R\tiny c} \end{cases}$
没有设置合适的静态工作点电路

为什么要设置静态工作点

既然放大电路要放大的对象是动态信号，那么为什么要设置静态工作点呢？为了说明这一问题，不妨将基极电源去掉，如上图所示，电源 $+V\tiny CC$ 的负端接“地”。
在上图所示电路中，静态时将输入端A与B短路，必然得出 ${I\tiny BQ}=0$ 、 ${I\tiny CQ}=0$ 、 ${U\tiny CEQ}={V\tiny CC}$ 的结论，因而晶体管处于截止状态。当加入输入电压 $u\tiny i$ 时， ${{\large u}{\tiny AB}}={{\large u}\tiny i}$ ，若其峰值小于b - e间开启电压 $U\tiny on$ ，则信号的整个周期内晶体管始终工作在截止状态，因而 $U\tiny CE$ 毫无变化，输出电压为零，即使 $u\tiny i$ 的幅值足够大，晶体管也只可能在信号正半周大于 $U\tiny on$ 的时间间隔内导通，所以输出电压必然严重失真。
对于放大电路的基本要求，一是不失真，二是能够放大。如果输出波形严重失真，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。
应当指出，Q点不仅影响电路是否会产生失真，而且影响着放大电路几乎所用的动态参数。