放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)如何用對(duì)和用好
1. 前言
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/201706/361183.htm電子技術(shù)是一門(mén)一半實(shí)在一半虛無(wú)的東西,各種五花八門(mén)的電子元件是實(shí)實(shí)在在的,但要將它們搭構(gòu)成我們想要的功能電路就較難,其中分析的各種電量更是讓大多人摸不著頭的虛無(wú)東西。并且還有一個(gè)致命的因素是,電子電路的制作是先難后易,必先通過(guò)繁復(fù)的計(jì)算和分析,才有后面的制作,但大多的學(xué)生并沒(méi)有足夠的耐性去學(xué)前面的計(jì)算和分析,只想著能盡快有后面制作來(lái)充實(shí)學(xué)習(xí)生活,到頭卻什么都沒(méi)有。還有一個(gè)可能是導(dǎo)致這種結(jié)果的兇手,就是在前期的理論計(jì)算和分析太偏離實(shí)際應(yīng)用。
在我們所用的電子電路中,不外分幾種,分別為電源電路、放大電路、振蕩電路、數(shù)字邏輯電路、數(shù)字信號(hào)處理電路等。在這些電路中,又?jǐn)?shù)放大電路應(yīng)用最多,穿插在其它電路中。所以放大電路可以說(shuō)是學(xué)習(xí)電子技術(shù)必須要掌握的內(nèi)容。
2.放大電路計(jì)算的技巧(舉例說(shuō)明)
放大電路的核心元件是三極管,所以要對(duì)三極管要有一定的了解。用三極管構(gòu)成的放大電路的種類(lèi)較多,我們用常用的幾種來(lái)解說(shuō)一下(如圖1)。
圖1是一共射的基本放大電路
一般我們對(duì)放大路要掌握些什么內(nèi)容?
(1)分析電路中各元件的作用;
(2)理解放大電路的放大原理;
(3)能分析計(jì)算電路的靜態(tài)工作點(diǎn);
(4)理解靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置目的和方法。
以上四項(xiàng)中,最后一項(xiàng)較為重要,卻是較少解說(shuō)得通透的一項(xiàng)。
圖1中,C1 ,C2 為耦合電容,耦合就是起信號(hào)的傳遞作用,電容器能將信號(hào)從前級(jí)耦合到后級(jí),是因?yàn)殡娙輧啥说碾妷翰荒芡蛔?,在輸入端輸入交流信?hào)后,因兩端的電壓不能突變,輸出端的電壓會(huì)跟隨輸入端輸入的交流信號(hào)一起變化,從而將信號(hào)信號(hào)從輸入端耦合到輸出端。但有一點(diǎn)要說(shuō)明的是,電容兩端的電壓不能突變,但不是不能變。
R1 、R2 為三極管 Q1的直流偏置電阻 ,什么叫直流偏置?簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),做工要吃飯。要求三極管工作,必先要提供一定的工作條件,電子元件一定是要求有電能供應(yīng)的了,否則就不叫電路了。
在電路的工作要求中,第一條件是要求要穩(wěn)定。所以,電源一定要是直流電源,所以叫直流偏置。為什么是通過(guò)電阻來(lái)供電?電阻就象是供水系統(tǒng)中的水龍頭,用調(diào)節(jié)電流大小的。所以,三極管的三種工作狀態(tài):"載止、飽和、放大”就由直流偏置 決定,在圖1中,也就是由 R1 、R2來(lái)決定了。
首先,我們要知道如何判別三極管的三種工作狀態(tài),簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),判別工作于何種工作狀態(tài)可以根據(jù) Uce 的大小來(lái)判別,Uce 接近于電源電壓VCC,則三極管就工作于載止?fàn)顟B(tài),載止?fàn)顟B(tài)就是說(shuō)三極管基本上不工作,le 電流較小(大約為零),所以 R2由于沒(méi)有電流流過(guò),電壓接近0V,所以 Uce 就接近于電源電壓VCC。若 Uce 接近于0V, 則三極管工作于飽和狀態(tài),何謂飽和狀態(tài)?就是說(shuō),lc電流達(dá)到了最大值,就算 lb 增大,它也不能再增大了。以上兩種狀態(tài)我們一般稱(chēng)為開(kāi)關(guān)狀態(tài),除這兩種外,第三種狀態(tài)就是放大狀態(tài),一般測(cè) Uce 接近于電源電壓的一半。若測(cè)Uce 偏向VCC, 則三極管趨向于載止?fàn)顟B(tài),若測(cè)Uce 偏向0V, 則三極管趨向于飽和狀態(tài)。教學(xué)上,一般以放大狀態(tài)來(lái)解說(shuō)三極管電路的。
3.理解靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置目的和方法
放大電路,就是將輸入信號(hào)放大后輸出,(一般有電壓放大,電流放大和功率放大幾種,這個(gè)不在這討論內(nèi))。
先說(shuō)我們要放大的信號(hào),以正弦交流信號(hào)為例說(shuō)。在分析過(guò)程中,可以只考慮到信號(hào)大小變化是有正有負(fù),其它不說(shuō)。上面提到在圖1放大電路電路中,靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置為Uce接近于電源電壓的一半,為什么?這是為了使信號(hào)正負(fù)能有對(duì)稱(chēng)的變化空間,在沒(méi)有信號(hào)輸入的時(shí)候,即信號(hào)輸入為0,假設(shè)Uce為電源電壓的一半,我們當(dāng)它為一水平線(xiàn),作為一個(gè)參考點(diǎn)。當(dāng)輸入信號(hào)增大時(shí),則Ib增大,Ic電流增大,則電阻R2的電壓U2=Ic x R2會(huì)隨之增大,Uce=VCC-U2,會(huì)變小。U2最大理論上能達(dá)到等于VCC,則Uce最小會(huì)達(dá)到0V,這是說(shuō),在輸入信增加時(shí),Uce最大變化是從1/2的VCC變化到0V。
同理 ,當(dāng)輸入信號(hào)減小時(shí),則 lb 減小,lc 電流減小,則電阻 R2 的電壓 U2=lc x R2 會(huì)隨之減小,Uce=VCC- U2, 會(huì)變大。在輸入信減小時(shí), Uce最大變化是從1/2 的VCC變化到 VCC。這樣,在輸入信號(hào)一定范圍內(nèi)發(fā)生正負(fù)變化時(shí), Uce 以 1/2VCC 為準(zhǔn)的話(huà)就有一個(gè)對(duì)稱(chēng)的正負(fù)變化范圍 , 所以一般圖1靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置為Uce接近于電源電壓的一半。
要把Uce設(shè)計(jì)成接近于電源電壓的一半, 這是我們的目的,但如何才能把Uce設(shè)計(jì)成接近于電源電壓的一半?
這里要先知道幾個(gè)東西 ,第一個(gè)是 我們常說(shuō)的lc、lb, 它們是三極管的集電極電流和基極電流,它們有一個(gè)關(guān)系是Ic=β x Ib, 但我們初學(xué)的時(shí)候,老師很明顯的沒(méi)有告訴我們 ,lc、lb 是多大才合適?這個(gè)問(wèn)題比較難答,因?yàn)闋可娴臇|西比較的多,但一般來(lái)說(shuō),對(duì)于小功率管,一般 設(shè) lc在零點(diǎn)幾毫安到幾亳安,中功率管則在幾亳安到幾十毫安,大功率管則在幾十毫安到幾安。
在圖1中,設(shè)lc為2mA, 則電阻 R2 的阻值就可以由R=U/I來(lái)計(jì)算,VCC為 12V, 則 1/2VCC 為 6V, R2 的阻值為6V/2mA, 為 3kΩ, lc 設(shè)定為2毫安 ,則 lb 可由 lb= lc/β 推出,關(guān)健是 β的取值了,β一般理論取值100 , 則 lb =2mA/100=20?A, 則 R1 =(VCC -0.7V)/Ib =11.3V/20?A =56.5kΩ,但實(shí)際上,小功率管的β值 遠(yuǎn)不止100, 在 150 到 400 之間,或者更高,所以若按上面計(jì)算來(lái)做,電路是有可能處于飽和狀態(tài)的。所以有時(shí)我們不明白,計(jì)算沒(méi)錯(cuò),但實(shí)際不能用,這是因?yàn)榻虒W(xué)上還少了一點(diǎn)實(shí)際的指導(dǎo),指出理論與實(shí)際的差別。這種電路受β值的影響大,每個(gè)人計(jì)算一樣時(shí),但做出來(lái)的結(jié)果不一定相同。也就是說(shuō),這種電路的穩(wěn)定性差,實(shí)際應(yīng)用較少。但如果改為圖 2的分壓式偏置電路,電路的分析計(jì)算和實(shí)際電路測(cè)量較為接近。
在圖2的分壓式偏置電路中,同樣的 我們假設(shè) Ic 為 2mA, Uce 設(shè)計(jì)成 l /2VCC為 6V。則 RI 、R2、R3、R4 該如何取值呢?
計(jì)算公式如下:
因?yàn)?Uce 設(shè)計(jì)成 1/2VCC為6V,則Icx(R3+R4)=6V;Ic≈Ie??梢运愠鯮3+R4=3kΩ,這樣,R3、R4各是多少?
一般R4取100Ω,R3為2.9kΩ,實(shí)際上,R3我們一般直取2.7kΩ,因?yàn)镋24系列電阻中沒(méi)有2.9kΩ,取值2.7kΩ與2.9kΩ沒(méi)什么大的區(qū)別。因?yàn)镽2兩端的電壓等于Ube+UR4,即0.7V+100Ωx2mA=0.9V,我們?cè)O(shè)Ic為2mA,β一般理論取值100,則Ib=2mA/100=20?A,這里有一個(gè)電流要估算的,就是流過(guò)R1的電流了,一般取值為Ib的10倍左右,取IR為1200?A。
則R1=11.1V/200uA≈ 56kΩ,R2=0.9V/(200-20)uA=5kΩ;考慮到實(shí)際上的β值可能遠(yuǎn)大于100,所以R2的實(shí)際取值為4.7kΩ。這樣,R1、R2、R3、R4的取值分別為56kΩ,4.7kΩ,2.7kΩ,100Ω,Uce為6.4V。
在上面的分析計(jì)算中,多次提出假設(shè)什么的,這在實(shí)際應(yīng)用中是必要的,很多時(shí)候需要一個(gè)參考值來(lái)給我們計(jì)算,但往往卻沒(méi)有,這里面一是我們對(duì)各種器件不熟悉,二是忘記了一件事,我們自己才是用電路的人,一些數(shù)據(jù)可以自己設(shè)定,這樣可以少走彎路。
評(píng)論