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1、三极管放大电路设计,参数计算及静态工作点设置方法说一下掌握三极管放大电路计算的一些技巧放大电路的核心元件是三极管,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)。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)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,最后一项较为重要。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
2、端的电压不能突变因,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 V1 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,第一条件是要求要稳定,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
3、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,Ic 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,Ic 电流达到了最大值,就算 Ib 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
4、于载止状态,若测 Uce 偏向 0V,则三极管趋向于饱和状态。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
5、U2=IcR2 会随之增大,Uce=VCC-U2,会变小。U2 最大理论上能达到等于 VCC,则 Uce 最小会达到 0V,这是说,在输入信增加时,Uce 最大变化是从 1/2 的 VCC 变化到 0V. 同理,当输入信号减小时,则 Ib 减小,Ic 电流减小,则电阻 R2 的电压 U2=IcR2 会随之减小,Uce=VCC-U2,会变大。在输入信减小时,Uce 最大变化是从 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
6、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?这就是的手段了。这里要先知道几个东西,第一个是我们常说的 Ic、Ib,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=Ib,但我们初学的时候,老师很明显的没有告诉我们,Ic、Ib 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 Ic在零点几毫安到几毫安,中功率管则在几毫安到几十毫安,大功率管则在几十毫安到几安。在图 1 中,设 Ic 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
7、的阻值为 6V/2mA,为 3K。Ic 设定为 2毫安,则 Ib 可由 Ib=Ic/ 推出,关健是 的取值了, 一般理论取值100,则 Ib=2mA/100=20#A,则 R1=(VCC-0.7V)/Ib=11.3V/20#A=56.5K,但实际上,小功率管的 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 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
8、压式偏置电路,电路的分析计算和实际电路测量较为接近。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1/2VCC 为 6V。则 R1、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Ic(R3+R4)=6V;IcIe。可以算出 R3+R4=3K,这样,R3、R4 各是多少?一般 R4 取 100,R3 为 2.9K,实际上 R3 我们一般直取 2.7K,因为 E24 系列电阻中没有 2.9K,取值 2.7K 与 2.9K 没什么大的区别。因为 R2 两端的电压等于 Ube+UR4,即 0.7V+1002mA=0.9V,
9、我们设 Ic为 2mA, 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IR1200#A。则 R1=11.1V/200#A56KR2=0.9V(/200-20)#A=5K;考虑到实际上的 值可能远大于 100,所以 R2 的实际取值为 4.7K。这样,R1、R2、R3、R4 的取值分别为 56K,4.7K,2.7K,100,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。
