静态工作点的计算 计算静态工作点的步骤


三极管在电路中具有关键作用,它既可充当开关元件,也可作为放大器件使用。

当三极管作为开关使用时,其工作状态类似于一般开关,呈现出“导通”和“关断”两种状态。在具体的电路中,三极管的输出特性会在“饱和导通区”和“截止区”之间切换。

作为放大器件时,三极管利用其特有的放大特性,即输出电流(ic)与输入电流(ib)之间的特定比例关系(ic=βib)。三极管处于“放大区”进行工作。

在构建放大电路时,三极管的主要任务是“放大交流信号”。这些交流信号可以理解为各种具有起伏变化的电压(或电流)波形,通常来源于其他电路的输出或是传感器的检测结果。

要实现放大效果,就需要精确控制三极管的三个极的电位和基极输入电流ib,使其能够稳定工作在“放大区”。这里的控制涉及三极管的发射结电压Ube(若发射极e直接接地,则发射结UBE等于基极电位Ub)、基极电流iB以及输出电压UCE。这些值需位于输入输出特性曲线的放大区范围内。

那么,如何进行这样的控制呢?主要是通过配置合适的电源和外围器件来实现。对于三极管而言,理想的状况是连接合适的电源和电阻,使UBE、iB、UCE三个值大小适宜,处于放大区。

所谓“静态工作点”,即在放大区中,由于UBE、iB、UCE取值不同,三极管在放大区的不同位置工作。这个具置用Q表示。静态工作点是在直流情况下确定的,如果电路不变,则工作点不会发生变化。

以最简化的三极管放大电路为例,我们可以通过调整电阻RB和Rc的大小来改变UBE、iB、UCE的大小,进而调整Q点在放大区中的具置。由于三极管工作在放大区时,iC与iB之间存在固定比例关系β,有时我们也可以用iC来代替iB表示静态工作点Q。

在实际工作中,电路中其他信号的输入可能会影响电路中的电位和电流,从而导致工作点的变化。电路中元器件受温度影响也可能导致参数变化,进而影响工作点。这些变化后的工作点我们称之为实际工作点。

在三极管放大电路中输入信号时,我们通常在三极管的基极引入电压信号ui。这个信号通过电容耦合叠加在基极上,使基极电位随之变化。当ui为正弦交流信号时,基极电位和电流会随之正负变化,导致三极管输出特性曲线和实际工作点的移动。

如果输入信号的幅值过大,可能会导致工作点进入饱和区或截止区,造成输出信号的波形失真。为了确保输出信号不失真,我们需要将输入信号的幅值以及三极管电路参数都控制在合适的范围内。这通常需要我们合理设置静态工作点Q,一般应将其设置在放大区的中部,以确保输入信号的正负半周都能被准确放大输出。