任秀芳，陳世夏，王翠珍

(海軍航空工程學(xué)院青島校區(qū)，山東青島 266041)

靜態(tài)工作點(diǎn)的概念幾乎貫穿整個(gè)“模擬電子技術(shù)”教學(xué)的始終，是本課程的教學(xué)重點(diǎn)，也是教學(xué)難點(diǎn)。教學(xué)實(shí)踐表明，要想使學(xué)生深入理解靜態(tài)工作點(diǎn)的概念，需要在教學(xué)過程中，細(xì)細(xì)剖析，步步深入。同時(shí)，注意知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系及理論與實(shí)踐的結(jié)合，在前期教學(xué)中打好基礎(chǔ)，在后期教學(xué)中深化理解。

1 靜態(tài)工作點(diǎn)的前期教學(xué)內(nèi)容

晶體管工作在放大狀態(tài)的外部條件是發(fā)射結(jié)正向偏置且集電結(jié)反向偏置［1］。在實(shí)際電路中的做法是:給晶體管各電極施加合適的直流偏置電壓，使各電極具備合適的直流偏置電流。否則晶體管就沒有電流放大作用。在“模擬電子技術(shù)”課程后面所學(xué)的放大電路中，要想使電路正常工作，都必須通過一定的方法，使它具備這一偏置條件。

從晶體管的輸出特性曲線上可以看出，晶體管有三個(gè)工作區(qū)域:截止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū)。放大電路必須使信號(hào)在整個(gè)變化范圍內(nèi)都處于放大區(qū)。要想理解靜態(tài)工作點(diǎn)的概念，必須先掌握晶體管的特性曲線。為了幫助學(xué)生理解晶體管的特性曲線，我們可以通過晶體管圖示儀顯示特性曲線，將抽象轉(zhuǎn)變?yōu)榫唧w。

2 基本放大電路中靜態(tài)工作點(diǎn)

2.1 什么是靜態(tài)工作點(diǎn)

當(dāng)輸入信號(hào)為零時(shí)，晶體管的基極電流IB、集電極電流IC、基—發(fā)極的電壓UBE和集—發(fā)極管壓降UCE統(tǒng)稱為靜態(tài)工作點(diǎn)參數(shù)。這四個(gè)物理量為什么被稱作靜態(tài)工作點(diǎn)呢?我們可以結(jié)合圖1所示的晶體管的輸入特性曲線或輸出特性曲線來講解，這些物理量所對(duì)應(yīng)的正是曲線上的一個(gè)個(gè)點(diǎn)。因?yàn)檫@四個(gè)物理量是直流量，故稱其為靜態(tài)工作點(diǎn)Q。

圖1 晶體管放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)

2.2 靜態(tài)工作點(diǎn)的必要性

為什么要設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)?為了使放大電路不失真地放大信號(hào)，應(yīng)該保證輸入信號(hào)在整個(gè)變化范圍內(nèi)，工作點(diǎn)始終處于放大區(qū)。合適的靜態(tài)工作點(diǎn)是放大電路正常放大信號(hào)的前提。如果圖2所示的共發(fā)射極放大電路沒有基極偏置電阻Rb，則晶體管靜態(tài)時(shí)便處于截止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)加入輸入電壓ui時(shí)，若其峰值小于B-E間的開啟電壓Uon，則晶體管在信號(hào)的整個(gè)周期內(nèi)截止，故沒有輸出電壓。如果ui的幅值足夠大，晶體管也只可能在信號(hào)正半周大于Uon的時(shí)間段內(nèi)導(dǎo)通，輸出波形必然會(huì)失真。因此，設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)非常必要。

2.3 靜態(tài)工作點(diǎn)的求法

要想知道靜態(tài)工作點(diǎn)是否合適，就需要把握住靜態(tài)工作點(diǎn)的求解方法。常用的有估算法和圖解法。學(xué)生只有學(xué)好模擬電路中常用的這兩種重要方法，才能學(xué)好模擬電路。

(1)估算法求靜態(tài)工作點(diǎn)

估算法就是通過對(duì)直流通路列方程，采用工程上近似計(jì)算的方法求解靜態(tài)工作點(diǎn)Q的參數(shù)。以圖2所示的共射放大電路為例，由于基極偏量電流IBQ=(VCC－UBEQ)/Rb≈VCC/Rb，集電極靜態(tài)電流ICQ=βIBQ，由此可知:VCC=ICRC+UCEQ，于是可得靜態(tài)工作點(diǎn)電壓為

如果學(xué)生對(duì)基爾霍夫電壓定律掌握得較好，用估算法求靜態(tài)工作點(diǎn)是比較容易的。為了鼓勵(lì)學(xué)生大膽采用估算法，教師要對(duì)他們多加引導(dǎo):工程中的估算即方便又足夠精確。在重點(diǎn)分析典型電路的前提下，可以引導(dǎo)學(xué)生多做練習(xí)，使學(xué)生熟練掌握住這種方法。

(2)圖解法求靜態(tài)工作點(diǎn)

圖解法就是根據(jù)如圖3所示的晶體管的輸出特性曲線，用作圖的方法求解靜態(tài)工作點(diǎn)。其具體步驟是:①用估算法求出基極電流IBQ;②根據(jù)IBQ在輸出特性曲線中找到對(duì)應(yīng)的曲線;③作直流負(fù)載線;④確定靜態(tài)工作點(diǎn)Q，并求出UCEQ和ICQ的數(shù)值。

圖2 共發(fā)射極放大電路

圖3 圖解法求靜態(tài)工作點(diǎn)

2.4 靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定

放大電路要想正常工作，靜態(tài)工作點(diǎn)Q必須要穩(wěn)定。在引起Q點(diǎn)不穩(wěn)定的諸多因素中，溫度對(duì)晶體管參數(shù)的影響是最主要的。為穩(wěn)定電路的靜態(tài)工作點(diǎn)，可以采用分壓偏置方式。放大電路分壓偏置的靜態(tài)工作點(diǎn)比較穩(wěn)定的主要原因是在電路中引入了直流電流負(fù)反饋。我們可以引導(dǎo)有興趣的學(xué)生，查閱相關(guān)文獻(xiàn)［2］和［3］了解其它穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的措施。

2.5 靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)試與檢測(cè)

通過前面的分析，學(xué)生可以從理論上對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)有所理解。為了增加學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，我們可以通過搭建實(shí)驗(yàn)電路并利用示波器觀察其輸出波形，利用萬用表直接檢測(cè)電路中靜態(tài)工作點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的四個(gè)物理量。調(diào)節(jié)基極偏置電阻的大小，可以取得合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。可以發(fā)現(xiàn)靜態(tài)工作點(diǎn)合適時(shí)，輸出信號(hào)的波形正常且幅度較大。當(dāng)靜態(tài)工作點(diǎn)過高時(shí)，出現(xiàn)輸出電壓波形底部失真的飽和失真，當(dāng)靜態(tài)工作點(diǎn)過低時(shí)，出現(xiàn)輸出電壓波形頂部失真的截止失真。若有條件，最好能隨堂為學(xué)生做演示實(shí)驗(yàn)。通過實(shí)驗(yàn)可使學(xué)生深刻認(rèn)識(shí)到:放大電路要想正常工作，必須建立合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。

3 后期教學(xué)中加深概念理解

在“模擬電子技術(shù)”課程中，靜態(tài)工作點(diǎn)的概念將會(huì)用到后期教學(xué)的各種電路中。比如在多級(jí)放大電路中，要使各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)互不影響，通常采用阻容耦合或變壓器耦合的方式。在反饋放大電路中，引入負(fù)反饋可以穩(wěn)定放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。

在功率放大電路中，根據(jù)靜態(tài)工作點(diǎn)的位置不同，可以分為甲類、乙類和丙類等工作狀態(tài)。在振蕩電路中，如果放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)不合適，將不會(huì)有波形輸出。在這些電路的理論分析及實(shí)驗(yàn)過程中，我們?nèi)绻⒁鈱?duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的前后呼應(yīng)，必能使學(xué)生對(duì)“模擬電子線路”課程中此部分內(nèi)容及靜態(tài)工作點(diǎn)概念的理解更加深入。

［1］ 童詩白，華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(第三版)［M］.北京:高等教育出版社，2003:77

［2］ 張世明.穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)電路的分析［J］.綏化:綏化學(xué)院學(xué)報(bào).2005，25(6):163-164

［3］ 陳洪斌.穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的必要性及方法［J］.吉林:吉林省教育學(xué)院學(xué)報(bào).2006，22(6):72-73