放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)如何用對和用好

　　1. 前言

　　電子技術(shù)是一門一半實(shí)在一半虛無的東西，各種五花八門的電子元件是實(shí)實(shí)在在的，但要將它們搭構(gòu)成我們想要的功能電路就較難，其中分析的各種電量更是讓大多人摸不著頭的虛無東西。并且還有一個致命的因素是，電子電路的制作是先難后易，必先通過繁復(fù)的計(jì)算和分析，才有后面的制作，但大多的學(xué)生并沒有足夠的耐性去學(xué)前面的計(jì)算和分析，只想著能盡快有后面制作來充實(shí)學(xué)習(xí)生活，到頭卻什么都沒有。還有一個可能是導(dǎo)致這種結(jié)果的兇手，就是在前期的理論計(jì)算和分析太偏離實(shí)際應(yīng)用。

　　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是學(xué)習(xí)電子技術(shù)必須要掌握的內(nèi)容。

　　2.放大電路計(jì)算的技巧(舉例說明)

　　放大電路的核心元件是三極管，所以要對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解說一下(如圖1)。

　　圖1是一共射的基本放大電路

　　一般我們對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，卻是較少解說得通透的一項(xiàng)。

　　圖1中，C1 ,C2 為耦合電容，耦合就是起信號的傳遞作用，電容器能將信號從前級耦合到后級，是因?yàn)殡娙輧啥说碾妷翰荒芡蛔?，在輸入端輸入交流信號后，因兩端的電壓不能突變，輸出端的電壓會跟隨輸入端輸入的交流信號一起變化，從而將信號信號從輸入端耦合到輸出端。但有一點(diǎn)要說明的是，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?簡單來說，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)，簡單來說，判別工作于何種工作狀態(tài)可以根據(jù) Uce 的大小來判別，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)就是說三極管基本上不工作，le 電流較小(大約為零)，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，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 Uce 接近于電源電壓的一半。若測Uce 偏向VCC, 則三極管趨向于載止?fàn)顟B(tài)，若測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)來解說三極管電路的。

　　3.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(fù)，其它不說。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?這是為了使信號正負(fù)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(diǎn)。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 x R2會隨之增大，Uce=VCC-U2，會變小。U2最大理論上能達(dá)到等于VCC，則Uce最小會達(dá)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 lb 減小，lc 電流減小，則電阻 R2 的電壓 U2=lc x 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(fù)變化時， Uce 以 1/2VCC 為準(zhǔn)的話就有一個對稱的正負(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?

　　這里要先知道幾個東西 ，第一個是 我們常說的lc、lb, 它們是三極管的集電極電流和基極電流，它們有一個關(guān)系是Ic=β x Ib, 但我們初學(xué)的時候，老師很明顯的沒有告訴我們 ，lc、lb 是多大才合適?這個問題比較難答，因?yàn)闋可娴臇|西比較的多，但一般來說，對于小功率管，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=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(jì)算沒錯，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，每個人計(jì)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(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系列電阻中沒有2.9kΩ，取值2.7kΩ與2.9kΩ沒什么大的區(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IR為1200?A。

　　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，很多時候需要一個參考值來給我們計(jì)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。