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
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: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: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:固定偏置电路:R_B 决定 I_B
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: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: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: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:共集(射极跟随器)的直流偏置
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: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 4.87:三极管反相器:输入高 → 饱和导通输出低;输入低 → 截止输出高
原书图 4.88: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: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)
1. 为什么分压偏置比固定偏置更常用于实际电路?
分压偏置用 R1/R2 锁定基极电位、用 R_E 引入负反馈,Q 点几乎不受 β 和温度影响;固定偏置的 I_CQ=βI_B 直接随 β 漂移。
2. 射极电阻 R_E 折算到基极回路时要乘几?
(β+1) 倍。所以哪怕 R_E 只有 1 kΩ,对基极回路来说也是上百 kΩ 的大电阻,稳定作用显著。
3. 三极管做开关时,两个状态分别对应哪个工作区?
「开」= 饱和区(加大 I_B 保证深度饱和,V_CE≈0.2 V);「关」= 截止区(I_B≈0)。