李德明

摘要：該文重點介紹BJT三極管放大電路的交、直流負載線的作法及輸出達到最大動態(tài)范圍時對應Q點的確定方法，使晶體管放大電路達到最佳工作狀態(tài)，并通過電路仿真對方法加以驗證。

關鍵詞：放大電路；靜態(tài)工作點；直流負載線；交流負載線

中圖分類號：TP18 文獻標識碼：A 文章編號：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載線和交流負載線，便可以快速獲取輸出電壓的動態(tài)范圍，同時也可通 過調節(jié)靜態(tài)工作點的位置來獲取最大動態(tài)范圍。

1 共發(fā)射極放大電路的直流負載線與交流負載線

1）直流負載線作法

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，稱之為直流負載線。Q（UCEQ，ICQ）為此直線的一點，調節(jié)ICQ的值可使Q點在直線上移動，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的CE端口關聯參考方向下的伏安關系。將三極管除外的電路用戴維南定理等效，圖3可簡化為圖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端口的伏安關系為：

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

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

2 輸出電壓的最大動態(tài)范圍

1）共發(fā)射極放大電路輸出最大動態(tài)范圍

為使共發(fā)射極放大電路輸出電壓波形的正負半周均達到最大范圍，應將UCEQ設置于[UCES]和[VP]的中心點，即

[UCEQ=（UCES+VP）2≈VP2] （4）

聯立式（1）與式（3）可得

[ICQ=（VCC-UCES）（RC+RC+R′L）] （5）

[UCEQ=UCES+R′LICQ] （6）

在圖1中調節(jié)[Rb1]和[Rb2]的分壓比例，即可設定設定合適的[ICQ]，使[UCEQ]滿足式（4）的條件。若將圖1中[Rc]、[Re]、[RL]均設置為[2KΩ]，VCC設為12V，調節(jié)分壓比使[ICQ]為1.5mA， 則可計算出[UCEQ=6V]、[VP=7.5V]、[VP/R′L=7.5mA]，依此可作出如圖5所示之交、直流負載線。從圖中可分析得知，放大輸出時信號正半周最大動態(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，而負半軸動態(tài)范圍約為[UCEQ=6V]，頂部先于底部產生失真。

對上述參數設置后的電路進行仿真，出現頂部失真和底部失真的波形分別如如圖6、圖7所示，失真時頂部的峰值電壓為1.5V，與分析的結論吻合。

為了使放大器正負半周出現不失真的最大峰值電壓對稱，應按照式（5）對放大器的靜態(tài)工作點進行調整?，F將電路的參數修改為[Rc=1.5KΩ]、[Re=200Ω]、[RL=10KΩ]，依式（5）將放大電路[ICQ]調整為3.9 mA，則[UCEQ=5.37V]，[VP=10.44V]，則輸出動態(tài)最大范圍應該為[VP-UCEQ=5.07V]。

對電路進行仿真，輸入較大幅度的信號使輸出電壓波形失真，其波形見圖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，可以驗證式（4）、式（5）所述之最大動態(tài)范圍設置方法是有效地。

參考文獻：

[1] 湯普林.實用模擬電路設計[M].北京：人民郵電出版社，2009.