2.4　放大电路的稳定偏置电路

放大电路静态工作点设置的不合适，是引起非线性失真的主要原因之一。实践证明，放大电路即使有了合适静态工作点，在外部因素的影响下，例如温度变化、电源电压的波动等，也将引起静态工作点的偏移，由此同样会产生非线性失真，严重时放大电路不能正常工作。例如随温度升高，发射结正向压降UBE减小（2～2.5mV/℃），电流放大系数β增大[（0.5％～2％）/℃]，穿透电流ICEO增加等，如图2-19所示。所有这些影响都使集电极电流IC随温度升高而增大。如何克服温度变化的影响，稳定静态工作点则是本节所要讨论的问题。晶体管有合适的静态工作点（IBQ、ICQ、UCEQ）是保证放大电路正常工作的关键。

2.4.1　稳定的基本原理

前面的图2-3所示的基本放大电路采用了固定偏置电路，静态基极电流IBQ基本恒定，不能抑制温度对ICQ的影响，所以，工作点是不稳定的，这将大大影响放大电路的性能和正常工作。

图2-20所示的放大电路是具有稳定工作点的分压式偏置放大电路。它利用了自动控制的原理，能使电路静态工作点基本稳定。其工作原理简述如下：

在电路设计时，适当选取电阻Rb1、Rb2的阻值，满足I2≈I1≫IBQ，可将IBQ忽略，则晶体管基极电位UBQ仅由Rb1、Rb2对UCC的分压决定，即

UBQ与温度无关。当温度改变比如升高时，电流ICQ、IEQ及射极电阻Re上的压降趋于增大，射极电位UEQ有升高的趋势，但因基极电位基本恒定，故晶体管发射结正向电压UBEQ必然要减小，由晶体管的输入特性曲线可知，这将导致晶体管基极电流IBQ减小，正好对射极电流IEQ和集电极电流ICQ起到了补偿作用，即阻碍了ICQ、IEQ随温度的变化，从而使ICQ、IEQ趋于稳定，上述自动调节过程可表示为

调节作用显然与射极电阻Re有关，Re越大，调节作用（即稳定工作点的效果）越显著，但Re太大，其上过大的直流压降将使放大电路输出电压的动态范围减小。通常Re的选择，使Re上的压降至小于或等于（3～5）UBEQ，即2.1～3.5V为宜。电路中的电容器Ce称为射极旁路电容器，通常选择较大的容量（几十至几百微法），在动态情况下，对交流分量而言，Ce可视为短路，使ie中的交流分量在Re上的压降为零，消除了Re对放大器性能的影响。

射极电阻Re实际上起的是直流负反馈作用，在本章后面将专门介绍负反馈的有关知识。

Re既然有抑制IEQ变化的作用，当有信号时，对iE的交流分量也同样起抑制作用，使放大电路的放大倍数减小。为了克服这一缺点，在Re两端并联电容器Ce，使Ce对交流信号近似短路，不致因负反馈引起放大倍数减小。Ce称为射极旁路电容器，一般为30～100μF。

由于大电容对直流信号相当于开路，对交流信号相当于短路，所以在静态分析时Ce不起作用，在动态分析时Ce把射极电阻Re短接了，即Re对交流信号没影响。

接入旁路电容器Ce后，分压式偏置放大电路与固定偏置放大电路的放大倍数表达式是相同的。

2.4.2　电路分析计算

分压式偏置放大电路与固定偏置放大电路，计算方法类似。

1.静态计算

在分析图2-20所示电路的静态工作点时，应先从计算UBQ入手，然后求IC，按照I1≫IBQ的假定，可得到

从以上分析还看到一个现象：ICQ的大小基本上与晶体管的参数无关。因此，即使晶体管的特性不一样，电路的静态工作点ICQ也没有多少改变。这在批量生产或常需要更换晶体管的电路中，很是方便。

2.动态分析

由于交流通路和基本共射放大电路类似，故动态技术指标计算方法也与基本共射放大电路类似：

【例2-3】试分析计算图2-20放大电路（接Ce），已知UCC=12V，UBEQ=0.7V，Rb1=20kΩ，Rb2=10kΩ，Rc=3kΩ，Re=2kΩ，RL=3kΩ，β=50。试求：

（1）电路的静态工作点；

（2）电压放大倍数、输入电阻及输出电阻；

（3）若输入信号电压ui=5sinωtmV，试写出输出信号电压的表达式。

解：（1）静态工作点

（2）电压放大倍数、输入电阻及输出电阻。微变等效电路参见图2-21。

（3）ui=5sinωtmV，则

，因为输出与输入反相，所以

uo=340sin（ωt+π）mV

在图2-20（a）中，电容器Ce称为射极旁路电容器（一般取10～100μF），它对直流相当于开路，静态时使直流信号通过Re实现静态工作点的稳定；对交流相当于短路，动态时Re上的交流信号被Ce旁路掉，输入信号加在晶体管发射结（若无Ce则输入信号会分压在Re上），使输出信号不会减少，即计算与基本放大电路完全相同。这样既稳定了静态工作点，又没有降低电压放大倍数。