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二極管、三極管、靜態(tài)工作點(diǎn)與耦合電容
  • 發(fā)布時(shí)間:2020-10-14 18:29:26
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二極管、三極管、靜態(tài)工作點(diǎn)與耦合電容
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)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。
二極管,三極管,靜態(tài)工作點(diǎn),耦合電容
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)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因,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)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V1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,Ic電流較?。ù蠹s為零),所以R2由于沒有電流流過,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),Ic電流達(dá)到了最大值,就算Ib增大,它也不能再增大了。
以上兩種狀態(tài)我們一般稱為開關(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)。
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×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Ib減小,Ic電流減小,則電阻R2的電壓U2=Ic×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?這就是手段了。
這里要先知道幾個(gè)東西,第一個(gè)是我們常說(shuō)的Ic、Ib,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×Ib,但我們初學(xué)的時(shí)候,老師很明顯的沒有告訴我們,Ic、Ib是多大才合適?這個(gè)問題比較難答,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)Ic在零點(diǎn)幾毫安到幾毫安,中功率管則在幾毫安到幾十毫安,大功率管則在幾十毫安到幾安。
在圖 1 中,設(shè) Ic 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。Ic 設(shè)定為 2 毫安,則 Ib 可由 Ib=Ic/β推出,關(guān)健是β的取值了,β一般理論取值 100 ,則 Ib=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)算沒錯(cuò),但實(shí)際不能用,這是因?yàn)檫€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。
二極管,三極管,靜態(tài)工作點(diǎn),耦合電容
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 1/2VCC 為 6V。則 R1、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 Ic×(R3+R4)=6V;Ic≈Ie??梢运愠?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)?E24 系列電阻中沒有 2.9KΩ,取值 2.7KΩ與 2.9KΩ沒什么大的區(qū)別。因?yàn)?R2 兩端的電壓等于 Ube+UR4。
0.7V+100Ω×2mA=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 R1 的電流了,一般取值為 Ib 的 10 倍左右,取 IR1200#A。則 R1=11.1V/200#A≈56KΩR2=0.9V (/200-20) #A=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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