放大电路静态工作点如何用对和用好

接线图 2024年03月08日 11:18 302 admin

1. 前言

电子技术是一门一半实在一半虚无的东西，各种五花八门的电子元件是实实在在的，但要将它们搭构成我们想要的功能电路就较难，其中分析的各种电量更是让大多人摸不着头的虚无东西。并且还有一个致命的因素是，电子电路的制作是先难后易，必先通过繁复的计算和分析，才有后面的制作，但大多的学生并没有足够的耐性去学前面的计算和分析，只想着能尽快有后面制作来充实学习生活，到头却什么都没有。还有一个可能是导致这种结果的凶手，就是在前期的理论计算和分析太偏离实际应用。
　　在我们所用的电子电路中，不外分几种，分别为电源电路、放大电路、振荡电路、数字逻辑电路、数字信号处理电路等。在这些电路中，又数放大电路应用最多，穿插在其它电路中。所以放大电路可以说是学习电子技术必须要掌握的内容。
　　2.放大电路计算的技巧（举例说明）
　　放大电路的元件是三极管，所以要对三极管要有一定的了解。用三极管构成的放大电路的种类较多，我们用常用的几种来解说一下（如图1)。

放大电路静态工作点如何用对和用好第1张

　　图1是一共射的基本放大电路

　　一般我们对放大路要掌握些什么内容？
　　(1)分析电路中各元件的作用；
　　(2)理解放大电路的放大原理；
　　(3)能分析计算电路的静态工作点；
　　(4)理解静态工作点的设置目的和方法。
　　以上四项中，一项较为重要，却是较少解说得通透的一项。
　　图1中，C1 ,C2 为耦合电容，耦合就是起信号的传递作用，电容器能将信号从前级耦合到后级，是因为电容两端的电压不能突变，在输入端输入交流信号后，因两端的电压不能突变，输出端的电压会跟随输入端输入的交流信号一起变化，从而将信号信号从输入端耦合到输出端。但有一点要说明的是，电容两端的电压不能突变，但不是不能变。
　　R1 、R2 为三极管 Q1的直流偏置电阻，什么叫直流偏置？简单来说，做工要吃饭。要求三极管工作，必先要提供一定的工作条件，电子元件一定是要求有电能供应的了，否则就不叫电路了。
　　在电路的工作要求中，条件是要求要稳定。所以，电源一定要是直流电源，所以叫直流偏置。为什么是通过电阻来供电？电阻就象是供水系统中的水龙头，用调节电流大小的。所以，三极管的三种工作状态：＂载止、饱和、放大”就由直流偏置决定，在图1中，也就是由 R1 、R2来决定了。
　　首先，我们要知道如何判别三极管的三种工作状态，简单来说，判别工作于何种工作状态可以根据 Uce 的大小来判别，Uce 接近于电源电压VCC,则三极管就工作于载止状态，载止状态就是说三极管基本上不工作，le 电流较小（大约为零），所以 R2由于没有电流流过，电压接近0V,所以 Uce 就接近于电源电压VCC。若 Uce 接近于0V, 则三极管工作于饱和状态，何谓饱和状态？就是说，lc电流达到了值，就算 lb 增大，它也不能再增大了。以上两种状态我们一般称为开关状态，除这两种外，第三种状态就是放大状态，一般测 Uce 接近于电源电压的一半。若测Uce 偏向VCC, 则三极管趋向于载止状态，若测Uce 偏向0V, 则三极管趋向于饱和状态。教学上，一般以放大状态来解说三极管电路的。
　　3.理解静态工作点的设置目的和方法
　　放大电路，就是将输入信号放大后输出，(一般有电压放大，电流放大和功率放大几种，这个不在这讨论内)。
　　先说我们要放大的信号，以正弦交流信号为例说。在分析过程中，可以只考虑到信号大小变化是有正有负，其它不说。上面提到在图1放大电路电路中，静态工作点的设置为Uce接近于电源电压的一半，为什么?这是为了使信号正负能有对称的变化空间，在没有信号输入的时候，即信号输入为0，假设Uce为电源电压的一半，我们当它为一水平线，作为一个参考点。当输入信号增大时，则Ib增大，Ic电流增大，则电阻R2的电压U2=Ic x R2会随之增大，Uce=VCC-U2，会变小。U2理论上能达到等于VCC，则Uce最小会达到0V，这是说，在输入信增加时，Uce变化是从1／2的VCC变化到0V。
　　同理，当输入信号减小时，则 lb 减小，lc 电流减小，则电阻 R2 的电压 U2=lc x R2 会随之减小，Uce=VCC- U2, 会变大。在输入信减小时， Uce变化是从1/2 的VCC变化到 VCC。这样，在输入信号一定范围内发生正负变化时， Uce 以 1/2VCC 为准的话就有一个对称的正负变化范围，所以一般图1静态工作点的设置为Uce接近于电源电压的一半。
　　要把Uce设计成接近于电源电压的一半，这是我们的目的，但如何才能把Uce设计成接近于电源电压的一半？
　　这里要先知道几个东西，个是我们常说的lc、lb, 它们是三极管的集电极电流和基极电流，它们有一个关系是Ic=β x Ib, 但我们初学的时候，老师很明显的没有告诉我们，lc、lb 是多大才合适？这个问题比较难答，因为牵涉的东西比较的多，但一般来说，对于小功率管，一般设 lc在零点几毫安到几亳安，中功率管则在几亳安到几十毫安，大功率管则在几十毫安到几安。
　　在图1中，设lc为2mA, 则电阻 R2 的阻值就可以由R=U/I来计算，VCC为 12V, 则 1/2VCC 为 6V, R2 的阻值为6V/2mA, 为 3kΩ， lc 设定为2毫安，则 lb 可由 lb= lc/β 推出，关健是 β的取值了，β一般理论取值100 , 则 lb =2mA/100=20?A, 则 R1 =(VCC -0.7V)/Ib =11.3V/20?A =56.5kΩ,但实际上，小功率管的β值远不止100, 在 150 到 400 之间，或者更高，所以若按上面计算来做，电路是有可能处于饱和状态的。所以有时我们不明白，计算没错，但实际不能用，这是因为教学上还少了一点实际的指导，指出理论与实际的差别。这种电路受β值的影响大，每个人计算一样时，但做出来的结果不一定相同。也就是说，这种电路的稳定性差，实际应用较少。但如果改为图 2的分压式偏置电路，电路的分析计算和实际电路测量较为接近。

放大电路静态工作点如何用对和用好第2张

　　在图2的分压式偏置电路中，同样的我们假设 Ic 为 2mA, Uce 设计成 l /2VCC为 6V。则 RI 、R2、R3、R4 该如何取值呢？
　　计算公式如下：
　　因为 Uce 设计成 1/2VCC为6V，则Icx(R3+R4)=6V；Ic≈Ie。可以算出R3+R4=3kΩ，这样，R3、R4各是多少?
　　一般R4取100Ω，R3为2.9kΩ，实际上，R3我们一般直取2.7kΩ，因为E24系列电阻中没有2.9kΩ，取值2.7kΩ与2.9kΩ没什么大的区别。因为R2两端的电压等于Ube+UR4，即0.7V+100Ωx2mA=0.9V，我们设Ic为2mA，β一般理论取值100，则Ib=2mA/100=20?A，这里有一个电流要估算的，就是流过R1的电流了，一般取值为Ib的10倍左右，取IR为1200?A。
　　则R1=11.1V／200uA≈ 56kΩ，R2=0.9V/(200-20)uA=5kΩ；考虑到实际上的β值可能远大于100，所以R2的实际取值为4.7kΩ。这样，R1、R2、R3、R4的取值分别为56kΩ，4.7kΩ，2.7kΩ，100Ω，Uce为6.4V。
　　在上面的分析计算中，多次提出假设什么的，这在实际应用中是必要的，很多时候需要一个参考值来给我们计算，但往往却没有，这里面一是我们对各种器件不熟悉，二是忘记了一件事，我们自己才是用电路的人，一些数据可以自己设定，这样可以少走弯路。

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