【模电】设置静态工作点的必要性

静态工作点

  在放大电路中，当有信号输入时，交流量与直流量共存。将输入信号为零、即直流电源单独作用时晶体管的基极电流$IB$、集电极电流$IC$、b - e间电压$UBE$、管压降$UCE$称为放大电路的静态工作点Q，常将四个物理量记作$IBQ$、$ICQ$、$UBEQ$、$UCEQ$。在近似估算中常认为$UBEQ$为已知量，对于硅管，区$|UBEQ|$为0.6V至0.8V中的某一值，如0.7V；对于锗管，取$|UBEQ|$为0.1V至0.3V中的某一值，如0.2V
  在下图所示电路中，令$\dot{U}i=0$，根据回路方程，便可得到静态工作点的表达式
$$\{\begin{array}{l}IBQ=\frac{VBB-UBEQ}{Rb}\\ ICQ=\bar{\beta }IBQ=\beta IBQ\\ UCEQ=VCC-ICQRc\end{array}$$

为什么要设置静态工作点

  既然放大电路要放大的对象是动态信号，那么为什么要设置静态工作点呢？为了说明这一问题，不妨将基极电源去掉，如上图所示，电源$+VCC$的负端接“地”。
  在上图所示电路中，静态时将输入端A与B短路，必然得出$IBQ=0$、$ICQ=0$、$UCEQ=VCC$的结论，因而晶体管处于截止状态。当加入输入电压$ui$时，$uAB=ui$，若其峰值小于b - e间开启电压$Uon$，则信号的整个周期内晶体管始终工作在截止状态，因而$UCE$毫无变化，输出电压为零，即使$ui$的幅值足够大，晶体管也只可能在信号正半周大于$Uon$的时间间隔内导通，所以输出电压必然严重失真。
  对于放大电路的基本要求，一是不失真，二是能够放大。如果输出波形严重失真，所谓“放大”毫无意义。因此，设置合适的静态工作点，以保证放大电路不产生失真是非常必要的。
  应当指出，Q点不仅影响电路是否会产生失真，而且影响着放大电路几乎所用的动态参数。