【模拟电子技术Analog Electronics Technology 9】—— 静态工作点的稳定

写在前面：本博文是华南理工大学电子与信息学院《模拟电子技术》第七讲的课程笔记

1.静态工作点稳定的办法以及原理推导

造成Q不稳定的原因：

1. 电源电压的波动
2. 元器件的老化
3. T（温度）的影响【最重要】

接着，我们来看看温度对Q点的位置是如何影响的：
当温度T升高时，放大系数β就会增大，由 $i_B = βi_C$可知， $i_C$增大，由三极管的输出特性曲线可知，Q点上移

而所谓的静态工作点稳定，就是指 $i_C, U_{CEQ}$在温度变化下仍保持不变，就是要依靠 $i_B$来保持的！
还记得我们前面课程中使用的电路吗？如下图：

这个电路有一个问题：就是Q（静态工作点不稳定）
因为在温度变化时，当 $i_C$变化时，没有一个负反馈来限制它，也就是说这个电路太依赖三极管自身的特性了，因此受温度影响较大

下面我们来看看一些新的电路：

我们画出它的直流通路：

我们先要求 $I_1 >> I_{BQ}，I_2 >> I_{BQ}$；这样一来， $I_1 ≈ I_2$，（ $I_{BQ}$几乎可以看成断路：“虚断”）
那么，我们就可以知道： $U_{BQ} = \frac{R_{b1}}{R_{b1}+R_{b2}}V_{CC}$
此时的 $U_{BQ}$已经与温度无关， $R_{b1}, R_{b2}$这些都是稳定性较好的电阻
同时，又有： $I_{EQ} = \frac{U_{BQ} - U_{BEQ}}{R_e} ≈ \frac{U_{BQ}}{R_e}$
$I_{BQ} ≈ \frac{U_{BQ} - U_{BEQ}}{(1 + β)R_e}$

好的，下面重点来了：我们要看看加了电阻 $R_e$之后究竟对静态工作点Q的稳定起了什么作用：
当温度升高时 -> 三极管的特性导致β增大 -> 导致 $I_{CQ}$增大 -> 由于 $I_{CQ}≈I_{EQ}$故 $I_{EQ}$也增大 -> $I_{EQ}$增大，导致 $R_e$上的电压增大 -> 由于刚刚我们推导得知： $U_{BQ}$与温度无关，而 $U_{BE} = U_{BQ} - U_{R_e}$ -> 因此导致 $U_{BE}$减小 -> 由三极管的输入特性曲线可知： $U_{BE}$减小， $i_{B}$就会减小 -> $i_B$一减小，由 $i_C = βi_B$知： $I_{CQ}$就会减小

这样，我们可以看到：引入直流负反馈可以稳定静态工作点

2.有旁路电容和没有旁路电容的区别

想必大家也注意到了，我们一开始贴出的两张电路图，一个在 $R_e$旁边还并联了一个电阻，另一个却没有，可是它们的直流通路是一样的，那么，有旁路电容和没有旁路电容有什么区别呢？

首先，我们来看看有旁路电容的电路的交流通路，分析一下里面的参数：
（因为电容对交流信号相当于短路，因此， $R_e$被短路）

我们来看看放大系数 $A_u$: $A_u = \frac{u_0}{u_i} = -\frac{(1+β)i_B(R_c // R_L)}{i_B(r_{bb'}+r_{b'e})}$

下面，我们再来看没有旁路电容的电路的交流通路：

放大系数 $A_u$： $A_u = \frac{u_0}{u_i} = -\frac{(1+β)i_B(R_c // R_L)}{i_B(r_bb' + r_b'e + R_e)}$

对比上面的式子，我们发现：没有旁路电容的电路，虽然说对温度的稳定性较好，但是放大系数 $A_u$却比有旁路电容的电路小了

在本节课的最后，老师给我们了一个思路：如何既想保持电路对温度的稳定性，又能够适当提高放大系数?? 确实有这样的电路：