这一章在干嘛?

放大之前先把「舞台」搭好:让三极管静态时停在放大区合适的位置。本章讲四种经典偏置电路(固定 / 射极稳定 / 分压 / 集电极反馈)的算法,以及电流镜、三极管开关这些实战套路。公式看着多,其实都是「两个回路方程 + 欧姆定律」。

4.1 工作点与直流负载线

4.2 固定偏置:最简单的起点

4.3 谁在影响 Q 点?

4.4 射极稳定偏置:加个 R_E 拉一把

4.5 分压偏置:工程首选 ⭐

4.6 射随器与共基的偏置

4.7 电流镜与三极管开关

4.8 稳定性:温度是 Q 点的天敌

4.1 工作点与直流负载线

放大器静态工作点(Q 点)就是「无信号时三极管站的位置」:横轴 VCEQ,纵轴 ICQ。理想位置在负载线中点附近——上下都留有摆动余地,输出才不会削顶。

原书图 4.1 原书图 4.1:管子安全工作区内的各种 Q 点:选哪里很有讲究

原书图 4.11 原书图 4.11:负载线分析:(a) 电路 (b) 器件特性,交点即 Q 点

负载线公式:

V CE = V CC − I C ·R C 。两点式画法:I C =0 → V CE =V CC ;V CE =0 → I C =V CC /R C (饱和电流)。

4.2 固定偏置:最简单的起点

一颗 RB 从 VCC 给基极供电流,三步算完:

原书图 4.2 原书图 4.2:固定偏置电路:R_B 决定 I_B

原书图 4.4 原书图 4.4:基极-发射极回路:KVL 一圈定 I_B

I

B

= (V

CC

− 0.7) / R

B

→ I

CQ

= β·I

B

→ V

CEQ

= V

CC

− I

CQ

·R

C

致命缺点:

结果直接乘 β。换一颗 β 差一倍的管子,Q 点就飞了——温度变化、管子老化都会让 β 漂移。所以工程上更爱下面两种。

4.3 谁在影响 Q 点?

IB 增大、RC 变化、VCC 变化,都会沿着负载线「搬动」Q 点:

原书图 4.13 原书图 4.13:I_B 增大 → Q 点沿负载线上移,逼近饱和

4.4 射极稳定偏置:加个 R_E 拉一把

发射极串一颗 RE:电流想变大 → RE 压降变大 → VBE 被压小 → 电流被拽回来。这就是直流负反馈,Q 点稳多了:

原书图 4.17 原书图 4.17:带发射极电阻的偏置电路:R_E 是 Q 点的「安全带」

I

B

= (V

CC

− V

BE

) / [R

B

  • (β + 1)·R

E

] —— R

E

折算到基极侧要乘 (β+1)

4.5 分压偏置:工程首选 ⭐

两颗电阻分压定住基极电压,Q 点几乎与 β 无关——换管子、温度漂移都不怕:

原书图 4.28 原书图 4.28:分压偏置:R1、R2 分压设定 V_B

近似法(R

2

较小时):V

B

≈ V

CC

·R

2

/(R

1

+R

2

) → I

E

≈ (V

B

− 0.7)/R

E

≈ I

CQ

→ V

CEQ

= V

CC

− I

C

(R

C

+R

E

)

经验法则:

只要流过 R2 的电流 ≥ 10×I B ,近似法就足够准。这是检修放大电路时最快的「口算工具」。

4.6 射随器与共基的偏置

射极跟随器(共集)和共基组态的直流算法与上面完全一致,只是输出取的位置不同:

原书图 4.46 原书图 4.46:共集(射极跟随器)的直流偏置

原书图 4.49 原书图 4.49:共基组态的直流偏置

4.7 电流镜与三极管开关

电流镜:两颗配对三极管,一颗二极管接法「定基准」,另一颗原样「复制」电流——集成电路里到处都是它:

原书图 4.74 原书图 4.74:背靠背 BJT 构成的电流镜:I_O ≈ I_REF

三极管开关:让 Q 点只在「截止」和「饱和」两点跳,就是数字世界的开关:

原书图 4.87 原书图 4.87:三极管反相器:输入高 → 饱和导通输出低;输入低 → 截止输出高

原书图 4.88 原书图 4.88:饱和条件与端电压:V_CE ≈ V_CE(sat) ≈ 0.2 V

4.8 稳定性:温度是 Q 点的天敌

温度每升 10 °C,反向漏电流翻倍、VBE 下降约 2.5 mV/°C——双重推手把 IC 往上顶。稳定性因子 S 用来衡量电路抗漂移能力,S 越小越稳:

原书图 4.99 原书图 4.99:稳定性因子 S 随 R_B/R_E 变化:R_E 越大越稳(代价是动态范围)