2.4.2　基极分压式射极偏置电路

1.稳定静态工作点的原理

图2.4.1（a）所示电路是分立元件电路中最常用的稳定静态工作点的共射极放大电路。它的基-射极偏置电路由VCC，基极电阻Rb1、Rb2和射极电阻Re组成，常称为基极分压式射极偏置电路。它的直流通路如图2.4.1（b）所示。

图2.4.1　基极分压式射极偏置电路

当Rb1、Rb2的阻值大小选择适当，能满足I1＞＞IBQ，使I2≈I1时，可认为基极直流电位基本上为一固定值，即，仅与工作电源和电阻有关，与BJT无关。而电阻的温度稳定性远高于半导体器件的温度稳定性，所以UBQ与环境温度几乎无关。在此条件下，当温度升高引起静态电流ICQ（≈IEQ）增加时，发射极直流电位UEQ（=IEQRe）也增加。由于基极电位UBQ基本固定不变，因此外加在发射结上的电压UBEQ（=UBQ-UEQ）将自动减小，使IBQ跟着减小，结果抑制了ICQ的增加，使ICQ基本维持不变，达到自动稳定静态工作点的目的。当温度降低时，各电量向相反方向变化，Q点也能稳定。这种利用ICQ的变化，通过电阻Re取样反过来控制UBEQ，使IBQ、ICQ基本保持不变的自动调节作用称为负反馈控制作用。

为了增强图2.4.1所示电路稳定静态工作点的效果，同时兼顾其他指标，工程上一般取UBQ≈1/3VCC，I1=（5～10）IBQ，这就要求偏置电阻应满足（1+β）Re≈10Rb，其中Rb=Rb1//Rb2。

2.基极分压式射极偏置电路分析

（1）静态工作点的估算。

由图2.4.1（b）所示直流通路求Q点的值。在I1＞＞IBQ，的条件下有

集电极电流：

基极电流：

集电极-射极电压：

（2）动态性能的分析。

画出图2.4.1（a）电路的小信号等效电路如图2.4.2所示。由此图可求得电压增益Au、输入电阻Ri和输出电阻Ro。

图2.4.2　图2.4.1（a）的小信号等效电路

① 估算rbe：

IEQ静态工作点的估算中已经求出，见式（2.4.2）。

② 电压增益Au：

因为有

所以

式中负号表示该电路中输出电压与输入电压相位相反。

由式（2.4.6）可知，接入电阻Re后，提高了静态工作点的稳定性，但电压增益也下降了，Re越大，Au下降越多。为了解决这个矛盾，通常在Re两端并联一只大容量的电容Ce（称为发射极旁路电容），它对一定频率范围内的交流信号可视为短路，因此对交流信号而言，发射极和“地”直接相连，则电压增益不会下降。此时有

③ 输入电阻Ri：

④ 输出电阻Ro：(www.xing528.com)

令信号源短路（us=0，但保留Rsi），负载开路（RL=∞），在放大电路的输出端加一测试电压ut，相应地产生一测试电流it，画出便于求解图2.4.1（a）所示电路输出电阻的等效电路，如图2.4.3所示。

图2.4.3　图2.4.1（a）等效电路

先求出′，然后再与Rc并联，即可求得输出电阻Ro。

在基极回路和集电极回路里，根据KVL可得

由此得

则发射极电流ic=0，所以Ro′=∞，则

例2.4.1　已知图2.4.1 所示电路中的VCC=16 V，Rb1=56 kΩ，Rb2=20 kΩ，Re=2 kΩ，Rc=3.3 kΩ，RL=6.2 kΩ，Rsi=500 Ω，BJT的β=80，UBEQ=0.7 V。设电容Cb1、Cb2对交流信号可视为短路。试：

（1）估算静态电流ICQ、IBQ和电压UCEQ；

（2）计算Au、Ri、、Ro；

（3）若在Re两端并联50 μF的电容Ce，重复求解（1）、（2）。

解：（1）按式（2.4.1）～式（2.4.4）估算ICQ、IBQ和UCEQ，并设I1＞＞IBQ。

（2）求Au、Ri、Aus、Ro。

① 先由式（2.4.5）求rbe，再按式（2.4.6）求Au，即

② 由式（2.4.8）求Ri，得

③ 源电压增益Aus

④输出电阻Ro：由式（2.4.9）得

由于电容有隔离直流、传送交流的作用，因此，在Re两端并联50 μF的电容Ce后，对静态工作点的值没有影响，对动态工作情况会产生影响，即Ce对电阻Re上的交流信号有旁路作用。这种情况下的小信号等效电路如图2.4.4所示，代入式（2.4.7）求得电压增益：

图2.4.4　例2.4.1 第（3）问的小信号等效电路

由此可见，在Re两端并联大电容后，较好地解决了射极偏置电路中稳定静态工作点与提高电压增益的矛盾。

此时的Ri和Ro分别为

显然，Re两端并联旁路电容Ce后，输入电阻Ri减小了。