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三極管放大電路設(shè)計技巧圖解

發(fā)布時間:2024-10-21
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。
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)解放大電路的放大原理;
(3)能分析計算電路的靜態(tài)工作點;
(4)理解靜態(tài)工作點的設(shè)置目的和方法。
以上四項中,最后一項較為重要。
圖1
圖1中,c1,c2為耦合電容,耦合就是起信號的傳遞作用,電容器能將信號信號從前級耦合到后級,是因為電容兩端的電壓不能突變,在輸入端輸入交流信號后,因兩端的電壓不能突變因,輸出端的電壓會跟隨輸入端輸入的交流信號一起變化,從而將信號從輸入端耦合到輸出端。但有一點要說明的是,電容兩端的電壓不能突變,但不是不能變。
r1、r2為三極管v1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,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,ic電流達到了最大值,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)。
理解靜態(tài)工作點的設(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。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(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。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。
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