三極管放大電路設(shè)計(jì)技巧詳解

 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。

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號(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(guò)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電流較小(大約為零),所以R2由于沒有電流流過(guò),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(guò)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?這就是的手段了。

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。

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)閁ce設(shè)計(jì)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(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+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(guò)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。