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C2 · BJT

直流偏置:摆动之前先定下位置

用于放大之前,先把晶体管停在活性区的一点。亲手改变偏置,找出工作点落在负载线何处时信号能摆动得最宽。

在负载线上移动工作点

直线就是负载线。集电极电流与 Vce 总是一起落在这条线上。改变偏置,工作点 Q 便沿线滑动。上端是饱和,下端是截止。信号能摆动得最宽的位置在哪里?

偏置基极电流 IbIb = 8 μA
工作点 Q
Vce = 9.2 V Ic = 0.8 mA
工作点接近截止。Vce 几乎到 Vcc,向下有余地、向上几乎没有。
边缘 · 无法摆动

负载线:集电极回路的约定

集电极上,电源 Vcc 与电阻 Rc 同晶体管串联。对这个回路用基尔霍夫电压定律得 Vcc = Ic Rc + Vce,即 Vce = Vcc - Ic Rc。这是 Ic 对 Vce 平面上的一条直线,即负载线。一端是 Ic 为零的截止(Vce = Vcc),另一端是 Vce 近零的饱和(Ic = Vcc/Rc)。晶体管的工作点必落在这条线上某处。

工作点 Q 由偏置决定

落在负载线哪一点,由送入基极的偏置电流决定。偏置定下 Ib 后,C1 的关系 Ic = β Ib 定下集电极电流,那个 Ic 与负载线相交之处便是工作点 Q。偏置给得太少,Q 降到截止、晶体管关断;给得太多,升到饱和,Vce 贴在底部再也动不了。

居中最好:摆动余地

之后加入信号时,Vce 会绕工作点上下摆动。若 Q 太靠近某端,摆动很快撞上截止或饱和而被削去(钳幅)。在负载线中央、上下余地相等之处,Vce 约为 Vcc 之半,信号能向两侧摆动得最宽。好的偏置还须稳定,使 β 或温度变化时 Q 不大幅移动;常用发射极电阻获得这种稳定。

观察Vce = Vcc - Ic Rc
负载线就是集电极回路的 KVL。
选择Ic,sat = Vcc / ?
饱和端 Vce=0,故 Ic 是 Vcc 除以 Rc。
填空Ic = β ?
工作点的集电极电流是偏置 Ib 的 β 倍。
自己来Vce,Q ≈ ?
最大摆幅在 Vce 为 Vcc 之半时。

回到第一屏

偏置给得少时,工作点挂在接近截止的下端,向上没有摆动余地。给得多则贴在饱和侧的上端,向下余地消失。唯有置于负载线中央,上下余地才相等,摆动余地指示器升到最高。工作点始终在负载线上,定其位置的是偏置,而最佳位置正是信号能向两侧尽情摆动的正中。现在,该看看在那个位置上小小的摆动如何被放大了。

要使用晶体管,须先用直流偏置工作点(Q 点)停在活性区。集电极回路的 KVL 定下负载线 Vce = Vcc - Ic Rc,偏置定下 Ib(故 Ic = β Ib),在线上选取一点。把 Q 点置于负载线中央(Vce ≈ Vcc/2),信号便能最大摆动而不撞上截止饱和。好的偏置还须对 β 与温度变化稳定

接下来的脉络

现在晶体管稳稳坐在活性区的一点上。下一单元只取出该点周围的小摆动。暂忘大直流,在工作点附近把晶体管视作线性器件,即小信号模型。由此开始放大的运算,看小输入如何长成大输出。