電晶體負載線分析

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到目前為止，我們已經討論了電晶體的不同工作區域。但在所有這些區域中，我們發現電晶體在放大區工作良好，因此它也被稱為線性區。電晶體的輸出是集電極電流和集電極電壓。

輸出特性

當考慮電晶體的輸出特性時，對於不同的輸入值，曲線如下所示。

在上圖中，輸出特性是在不同基極電流I_B值下，集電極電流I_C和集電極電壓V_CE之間繪製的。這裡考慮了不同的輸入值以獲得不同的輸出曲線。

負載線

當考慮最大可能集電極電流的值時，該點將出現在Y軸上，這也就是飽和點。同樣，當考慮最大可能集電極發射極電壓的值時，該點將出現在X軸上，即截止點。

當連線這兩點畫一條線時，這樣的線可以稱為負載線。之所以這樣稱呼，是因為它象徵著負載處的輸出。這條線在輸出特性曲線上繪製時，會在一個稱為工作點或靜態點或簡稱為Q點的點處接觸。

可以透過以下圖形理解負載線的概念。

負載線是透過連線飽和點和截止點繪製的。這兩點之間的區域是線性區域。電晶體在此線性區域中充當良好的放大器。

如果僅在給電晶體提供直流偏置但未施加輸入訊號時繪製此負載線，則此負載線稱為直流負載線。而是在施加輸入訊號以及直流電壓的條件下繪製的負載線，則稱為交流負載線。

直流負載線

當給電晶體施加偏置並在其輸入端未施加訊號時，在此條件下繪製的負載線可以理解為直流條件。這裡不會有放大，因為訊號不存在。電路將如下圖所示。

任何給定時間的集電極發射極電壓值為

$$V_{CE} = V_{CC} - I_C R_C$$

由於V_CC和R_C是固定值，因此上述方程是一次方程，因此在輸出特性上將是一條直線。這條線稱為直流負載線。下圖顯示了直流負載線。

為了獲得負載線，需要確定直線的兩個端點。讓這兩個點分別為A和B。

獲得A

當集電極發射極電壓V_CE = 0時，集電極電流最大，等於V_CC/R_C。這給出了V_CE的最大值。顯示如下

$$V_{CE} = V_{CC} - I_C R_C$$

$$0 = V_{CC} - I_C R_C$$

$$I_C = V_{CC}/R_C$$

這給出了集電極電流軸上的點A（OA = V_CC/R_C），如上圖所示。

獲得B

當集電極電流I_C = 0時，集電極發射極電壓最大，將等於V_CC。這給出了I_C的最大值。顯示如下

$$V_{CE} = V_{CC} - I_C R_C$$

$$= V_{CC}$$

(由於I_C = 0)

這給出了點B，這意味著（OB = V_CC）在集電極發射極電壓軸上，如上圖所示。

因此，我們得到了飽和點和截止點，並瞭解到負載線是一條直線。因此，可以繪製直流負載線。

交流負載線

前面討論的直流負載線分析了當未施加交流電壓時集電極電流和電壓的變化。而交流負載線給出了峰峰值電壓，或給定放大器的最大可能輸出擺幅。

為了便於理解，我們將考慮共射放大器的交流等效電路。

從上圖可以看出，

$$V_{CE} = (R_C // R_1) \times I_C$$

$$r_C = R_C // R_1$$

為了使電晶體能夠作為放大器工作，它應該保持在放大區。靜態點的選擇方式使得最大輸入訊號偏移在負半週期和正半週期上是對稱的。

因此，

$V_{max} = V_{CEQ}$ 和 $V_{min} = -V_{CEQ}$

其中V_CEQ是靜態點的發射極-集電極電壓

下圖表示交流負載線，該負載線在飽和點和截止點之間繪製。

從上圖可以看出，飽和點處的電流IC為

$$I_{C(sat)} = I_{CQ} + (V_{CEQ}/r_C)$$

截止點處的電壓V_CE為

$$V_{CE(off)} = V_{CEQ} + I_{CQ}r_C$$

因此，對於相應的V_CEQ = V_CEQ / (R_C // R₁)，最大電流為

$$I_{CQ} = I_{CQ} * (R_C // R_1)$$

因此，透過新增靜態電流，交流負載線的端點為

$$I_{C(sat)} = I_{CQ} + V_{CEQ}/ (R_C // R_1)$$

$$V_{CE(off)} = V_{CEQ} + I_{CQ} * (R_C // R_1)$$

交流和直流負載線

當交流和直流負載線在圖形中表示時，可以理解它們並不相同。這兩條線都與Q點或靜態點相交。交流負載線的端點是飽和點和截止點。從下圖可以看出。

從上圖可以看出，當基極電流IB值為10mA時，得到靜態點（黑點）。這是交流和直流負載線相交的點。

在下一章中，我們將詳細討論靜態點或工作點的概念。