放大電路如何設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)？詳解-KIA MOS管
信息來(lái)源：本站 日期：2022-08-10
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。
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儯谳斎攵溯斎虢涣餍盘?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。
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，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)的話就有一個(gè)對(duì)稱的正負(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, 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=20uA, 則 R1 =(VCC -0.7V)/Ib =11.3V/20uA =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。可以算出R3+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1200uA。
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。
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