【E課堂】三極管放大電路靜態(tài)工作點設(shè)置目的和方法

　　放大電路,就是將輸入信號放大后輸出,(一般有電壓放大,電流放大和功率放大幾種,這個不在這討論內(nèi))。先說我們要放大的信號,以正弦交流信號為例說。在分析過程中,可以只考慮到信號大小變化是有正有負,其它不說。上面提到在圖1放大電路電路中,靜態(tài)工作點的設(shè)置為Uce接近于電源電壓的一半,為什么?

　　這是為了使信號正負能有對稱的變化空間,在沒有信號輸入的時候,即信號輸入為0,假設(shè)Uce為電源電壓的一半,我們當(dāng)它為一水平線,作為一個參考點。當(dāng)輸入信號增大時,則Ib增大,Ic電流增大,則電阻R2的電壓U2=Ic×R2會隨之增大,Uce=VCC-U2,會變小。U2最大理論上能達到等于VCC,則Uce最小會達到0V,這是說,在輸入信增加時,Uce最大變化是從1/2的VCC變化到0V.

　　同理,當(dāng)輸入信號減小時,則Ib減小,Ic電流減小,則電阻R2的電壓U2=Ic×R2會隨之減小,Uce=VCC-U2,會變大。在輸入信減小時,Uce最大變化是從1/2的VCC變化到VCC。這樣,在輸入信號一定范圍內(nèi)發(fā)生正負變化時,Uce以1/2VCC為準的話就有一個對稱的正負變化范圍,所以一般圖1靜態(tài)工作點的設(shè)置為Uce接近于電源電壓的一半。

　　要把Uce設(shè)計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)計成接近于電源電壓的一半?這就是的手段了。

　　這里要先知道幾個東西,第一個是我們常說的Ic、Ib,它們是三極管的集電極電流和基極電流,它們有一個關(guān)系是Ic=β×Ib,但我們初學(xué)的時候,老師很明顯的沒有告訴我們,Ic、Ib是多大才合適?這個問題比較難答,因為牽涉的東西比較的多,但一般來說,對于小功率管,一般設(shè)Ic在零點幾毫安到幾毫安,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來計算,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,但實際上,小功率管的β值遠不止100,在150到400之間,或者更高,所以若按上面計算來做,電路是有可能處于飽和狀態(tài)的,所以有時我們不明白,計算沒錯,但實際不能用,這是因為還少了一點實際的指導(dǎo),指出理論與實際的差別。這種電路受β值的影響大,每個人計算一樣時,但做出來的結(jié)果不一定相同。也就是說,這種電路的穩(wěn)定性差,實際應(yīng)用較少。但如果改為圖2的分壓式偏置電路,電路的分析計算和實際電路測量較為接近。

　　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)計成1/2VCC為6V。則R1、R2、R3、R4該如何取值呢。計算公式如下:因為Uce設(shè)計成1/2VCC為6V,則Ic×(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,實際上R3我們一般直取2.7KΩ,因為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。因為R2兩端的電壓等于Ube+UR4,即0.7V+100Ω×2mA=0.9V,我們設(shè)Ic為2mA,β一般理論取值100,則Ib=2mA/100=20#A,這里有一個電流要估算的,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;考慮到實際上的β值可能遠大于100,所以R2的實際取值為4.7KΩ。這樣,R1、R2、R3、R4的取值分別為56KΩ,4.7KΩ,2.7KΩ,100Ω,Uce為6.4V。

　　在上面的分析計算中,多次提出假設(shè)什么的,這在實際應(yīng)用中是必要的,很多時候需要一個參考值來給我們計算,但往往卻沒有,這里面一是我們對各種器件不熟悉,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。