三极管截止和饱和失真

静态工作点可以影响到三极管的输出波形，导致输出出现截止失真和饱和失真，所以在设计时需要考虑不要出现这种问题，根据经验常常让三极管c极静态工作点VCQ=VCC/2，另外一个可以借鉴的经验是让Rc≈10RE。

01、静态工作点与放大

设计如图1-1所示的分压器偏置电路：

图1-1 分压器偏置电路

由图1-1可知，其电路参数集电极电流Ic=30mA、集电极-发射极间电压Vce=3.4V，反映再DC负载线就是Q点所在位置如图1-2所示，如果对这个Q点所在位置比较满意，说明分压器为放大器创造了一个不错的直流工作环境，即静态工作点。

静态工作点确定后，如果改变输入信号使基极电流IB在静态工作点基极电流IBQ基础上做±100uA的变化，如图1-2中A、B两点，则三极管将把这个±100uA的变化进行放大；集电极电流Ic在ICQ 基础上做±10mA的变化，同时VCE 艺在VCEQ的基础上做±2.2V的改变。可见，静态工作点的确定为放大器对信号进行放大创造了直流环境，一个良好的静态工作点对放大器的性能至关重要。

02、静态工作点与失真

如果说Q点在DC负载线上的位置由偏置电路的参数决定，那如果不小心选择了不适当的参数会怎么样呢？

假设电路参数让Q点向上偏离，如图2-1所示，则输入信号的上峰有可能会让集电极电流Ic达到饱和而无法再变大，从波形上看就像被削去一截，同样，输出信号Vce亦会在对应的下峰位置被削去一段，此时即是静态工作点过高而导致了饱和失真。

图2-1 饱和失真

如果Q点向下偏离，如图2-2所示，则情况与饱和失真正好相反，出现的是截止失真。

图2-2 截止失真

即便Q点位置适中，静态工作点良好，如果输入信号的幅度过大，还是会导致正、负半周信号均被削去一截，出现饱和+截止失真，如图2-3所示。

图2-3 饱和+截止失真

失真是电路设计中所不愿意看到的，尽量把Q点放在DC负载线的中间位置是一个防止出现饱和或截止失真的聪明方法，同时也可以充分发挥三极管的增益，另外，保证输出信号Vce的最大峰值不超过0.95Vcc、最小峰值不小于0.05Vcc可以防止三极管进入饱和和截止区。

03、设计实例

设计一个分压器偏置电路，为三极管放大器提供一个良好的静态工作点，假设Vcc=10V、hFE=150。

所谓设计分压器偏置电路，无非就是确定以下类似图3-1所示电路中几个电阻的参数：

图3-1 分压器偏置电路

在没有设计放大器设计之前，可以先单单从偏置电路的要求出发，确定电路参数，要时刻提醒自己，千万不要让放大器的Q点像图3-2那样偏上或者偏下而导致三极管放大器过快进入饱和或截止的状态，保险的方法就是把Q点放在DC负载线中间，由于DC负载线与Vce轴交点为Vcc，自然中点应该放在Vcc/2附近。根据经验，常常让三极管c极静态工作点VCQ=VCC/2，另外一个可以借鉴的经验是让Rc≈10RE，有了这两条经验，就可以开始设计偏置电路了。

图3-2 静态工作点

首先，可假设Rc=1kΩ，则根据欧姆定律，c极静态工作点电流ICQ为（已知Vcc=10V，VCQ=Vcc/2=5V）：

同时可以求得发射极电流：

根据经验，发射极电阻为：

由欧姆定律得：

求得基极电压为：

同时求得集电极-发射极间电压：

再假设R1=10kΩ，所以基极电压为：

求得R2=1.4kΩ。

所以，得到图3-1中偏置电路中国4个电阻参数：R1=10 kΩ、R2=1.4 kΩ、Rc=1 kΩ、Re=100 Ω，该电路得静态工作点为ICQ=IEQ=5mA、VCQ=5V、VBQ=1.2V。