静态工作点稳定性对射极输出器动态性能的影响

摘要：鉴于电子技术教材的阻容耦合射极输出器都是静态工作点不稳定的电路形式，都没有分析静态工作点的稳定性对电路动态性能影响的问题，因而有射极输出器是否需要稳定的静态工作点的疑点问题。针对疑点问题，研究了射极输出器的电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等三大动态性能指标的数值范围及与静态工作点的关系，得出射极输出器静态工作点的稳定性对电路动态性能影响很小、射极输出器的偏置电路可采用简单构成形式的结论。
关键词：电压放大倍数；输入电阻；输出电阻；静态工作点

0 引 言
    图1为见于一般教材的阻容耦合射极输出器的典型电路，其直流通路如图2所示。

    观察图2所示的直流通路可看出，基极电阻Rb、发射极电阻Re构成决定静态工作点的偏置电路，依KVL及晶体管的电流分配关系，可写出基极直流电位UBQ，发射极静态电流IEQ的表达式为：

    由图2及式(1)、式(2)，可得出射极输出器偏置电路的构成特点及静态工作点的稳定情况：

    (1)晶体管的基极只接有一个基极电阻Rb，没有采用基极电位稳定的二个电阻分压式偏置形式，基极直流电位UBQ与电流放大系数卢、发射结直流电压UBEQ等晶体管的参数有关，随晶体管的参数变化而变化不是稳定的。
    (2)晶体管发射极所接的发射极电阻Re引入了直流负反馈，但因基极直流电位UBQ不稳定而影响静态工作点的稳定性，发射极静态电流IEQ与电流放大系数β、发射结直流电压UBEQ等晶体管的参数有关，静态工作点随晶体管的参数变化而变化。
    几乎所有电子技术类的教材，在介绍射极输出器时，所给出的电路均为图1所示的形式，但都不说明为什么采用基极电位不稳定、静态工作点不稳定的简单构成形式的偏置电路，都不强调静态工作点的设置和稳定问题，都没有分析静态工作点的稳定性对射极输出器动态性能影响的问题。这给射极输出器的教学带来几个疑点问题：射极输出器不需要稳定的静态工作点?静态工作点的稳定性对射极输出器动态性能有什么影响?

1 射极输出器动态性能和静态工作点的关系分析
    射极输出器和其他放大电路一样，用电压放大倍数Au反映对输入信号的放大能力，用输入电阻Ri反映对信号源的影响程度，用输出电阻Ro反映带负载的能力。利用微变等效电路法，求得图1所示的射极输出器的电压放大倍数Au、输入电阻Ri及输出电阻Ro三大动态性能指标的计算公式为：
    电压放大倍数：

        
    式(8)中含有静态工作点的电量IEQ，使得含有晶体管输入电阻rbe的电压放大倍数Au、输入电阻Ri，输出电阻Ri与IEQ有关，但都可以近似忽略，分析如下：晶体管的电流放大系数β>>1，电路一般满足(1+β)RL’>>rbe的关系，因而式(3)、式(4)可近似简化为：

   
    式(9)，式(10)表明，电压放大倍数Au与静态工作点的直流电量及静态工作点的稳定性近似无关；输入电阻Ri与晶体管的电流放大系数β有关，与静态工作点的直流电量及静态工作点的稳定性近似无关。
    射极输出器的输出端为负载RL其提供信号电压，可将射极输出器的输出端用一个实际电压源等效，其内阻为射极输出器的输出电阻Ro，如图3所示。

    由图3可写出输出电压表达式为：

   
    由于晶体管_的电流放大系数β>>1，使式(5)所表示的输出电阻Ro很小，电路一般满足Ro<<RL的关系，则式(11)可近似简化为：

    式(5)、式(12)表明，虽然输出电阻Ro与静态工作点的电量有关，但由于输出电阻Ro很小，射极输出器的带负载能力受静态工作点变化的影响很小可以忽略，负载RL两端的电压基本稳定不变。

2 结语
    以上分析表明，射极输出器静态工作点的稳定性对电路动态性能影响很小，可近似忽略。
    放大电路直流偏置电路的构成形式，要根据动态性能受到静态工作点的影响和制约情况等因素而确定。
    因此，为简化电路，射极输出器一般采用简单的偏置电路形式，即：
    晶体管的基极只用一个电阻Rb——用于引入晶体管发射结的正偏压，简化了电路但基极直流电位不恒定；
    晶体管的发射极接有电阻Re——因发射极交流电流ie需经电阻转换成交流电压从发射极输出，发射极必须接有电阻Re，Re又对直流有负反馈作用，有一定稳定静态工作点的作用。
    需要指出的是：
    (1)为满足β>>1，(1+β)>>rbe及Ro<<RL的条件，忽略静态工作点的稳定性对射极输出器动态性能的影响，晶体管的电流放大系数卢应尽可能大些。
    (2)射极输出器的静态工作点仍要设置合适，否则可能产生非线性失真，影响动态输出范围。