世纪电源网社区logo
社区
Datasheet
标题
返回顶部
讨论

聊一聊三极管放大电路设计的那些技巧

[复制链接]
查看: 970 |回复: 1
1
jiojio
  • jiojio
  • 离线
  • LV3
  • 助理工程师
  • 积分:278
  • |
  • 主题:5
  • |
  • 帖子:12
积分:278
LV3
助理工程师
  • 2020-10-30 13:39:51
放大电路的核心元件是三极管,所以要对三极管要有一定的了解。用三极管构成的放大电路的种类较多,我们用常用的几种来解说一下(如图1)。图1是一共射的基本放大电路,一般我们对放大电路要掌握些什么内容?

(1)分析电路中各元件的作用;

(2)解放大电路的放大原理;

(3)能分析计算电路的静态工作点;

(4)理解静态工作点的设置目的和方法。

以上四项中,最后一项较为重要。


共射的基本放大电路实例解析

1.jpg

图1中,C1、C2为耦合电容,耦合就是起信号的传递作用,电容器能将信号信号从前级耦合到后级,是因为电容两端的电压不能突变。在输入端输入交流信号后,因两端的电压不能突变,输出端的电压会跟随输入端输入的交流信号一起变化,从而将信号从输入端耦合到输出端。但有一点要说明的是,电容两端的电压不能突变,但不是不能变。

R1、R2为三极管V1的直流偏置电阻。什么叫直流偏置?简单来说,做工要吃饭。要求三极管工作,必先要提供一定的工作条件,电子元件一定是要求有电能供应的了,否则就不叫电路了。

在电路的工作要求中,第一条件是要求要稳定。所以,电源一定要是直流电源,所以叫直流偏置。为什么是通过电阻来供电?电阻就像是供水系统中的水龙头,用调节电流大小的。所以,三极管的三种工作 状态:“载止、饱和、放大”就由直流偏置决定。在图1中,也就是由R1、R2来决定了。

首先,我们要知道如何判别三极管的三种工作状态。简单来说,判别工作于何种工作状态可以根据Uce的大小来判别,Uce接近于电源电压VCC。则三极管就工作于载止状态,载止状态就是说三极管基本上不工作,Ic电流较小(大约为零),所以R2由于没有电流流过,电压接近0V,所以Uce就接近于电源电压VCC。

若Uce接近于0V,则三极管工作于饱和状态,何谓饱和状态?就是说:Ic电流达到了最大值,就算Ib增大,它也不能再增大了。

以上两种状态我们一般称为开关状态。除这两种外,第三种状态就是放大状态,一般测Uce接近于电源电压的一半。若测Uce偏向VCC,则三极管趋向于载止状态,若测Uce偏向0V,则三极管趋向于饱和状态。


理解静态工作点的设置目的和方法

放大电路:就是将输入信号放大后输出,(一般有电压放大,电流放大和功率放大几种,这个不在这讨论内)。先说我们要放大的信号,以正弦交流信号为例说。在分析过程中,可以只考虑到信号大小变化是有正有负,其它不说。上面提到在图1放大电路电路中,静态工作点的设置为Uce接近于电源电压的一半,为什么?

这是为了使信号正负能有对称的变化空间,在没有信号输入的时候,即信号输入为0。假设Uce为电源电压的一半,我们当它为一水平线,作为一个参考点。当输入信号增大时,则Ib增大,Ic电流增大,则电阻R2的电压U2=Ic×R2会随之增大,Uce=VCC-U2会变小。U2最大理论上能达到等于VCC,则Uce最小会达到0V。这是说,在输入信增加时,Uce最大变化是从1/2的VCC变化到0V。

同理,当输入信号减小时,则Ib减小,Ic电流减小。则电阻R2的电压U2=Ic×R2会随之减小,Uce=VCC-U2,会变大。在输入信减小时,Uce最大变化是从1/2的VCC变化到VCC。这样,在输入信号一定范围内发生正负变化时,Uce以1/2VCC为准的话就有一个对称的正负变化范围,所以一般图1静态工作点的设置为Uce接近于电源电压的一半。

要把Uce设计成接近于电源电压的一半,这是我们的目的,但如何才能把Uce设计成接近于电源电压的一半?这就是看我们的手段了。

这里要先知道几个东西,第一个是我们常说的Ic、Ib,它们是三极管的集电极电流和基极电流,它们有一个关系是Ic=β×Ib。但我们初学的时候,老师很明显的没有告诉我们,Ic、Ib是多大才合适?这个问题比较难答,因为牵涉的东西比较的多。但一般来说,对于小功率管,一般设Ic在零点几毫安到几毫安中功率管则在几毫安到几十毫安,大功率管则在几十毫安到几安。

在图1中,设Ic为2mA,则电阻R2的阻值就可以由R=U/I来计算。VCC为12V,则1/2VCC为6V,R2的阻值为6V/2mA,为3KΩ。Ic设定为2毫安,则Ib可由Ib=Ic/β推出,关健是β的取值了。β一般理论取值100,则Ib=2mA/100=20#A,则R1=(VCC-0.7V)/Ib=11.3V/20#A=56.5KΩ。但实际上,小功率管的β值远不止100,在150到400之间,或者更高。所以若按上面计算来做,电路是有可能处于饱和状态的。

所以有时我们不明白,计算没错,但实际不能用。这是因为还少了一点实际的指导,指出理论与实际的差别。这种电路受β值的影响大,每个人计算一样时,但做出来的结果不一定相同。也就是说,这种电路的稳定性差,实际应用较少。但如果改为图2的分压式偏置电路,电路的分析计算和实际电路测量较为接近。
2.jpg
在图2的分压式偏置电路中,同样的我们假设Ic为2mA,Uce设计成1/2VCC为6V。则R1、R2、R3、R4该如何取值呢。计算公式如下:因为Uce设计成1/2VCC为6V,则Ic×(R3+R4)=6V;Ic≈Ie。可以算出R3+R4=3KΩ,这样,R3、R4各是多少?

一般R4取100Ω,R3为2.9KΩ,实际上R3我们一般直取2.7KΩ,因为E24系列电阻中没有2.9KΩ,取值2.7KΩ与2.9KΩ没什么大的区别。因为R2两端的电压等于Ube+UR4,即0.7V+100Ω×2mA=0.9V。
我们设Ic为2mA,β一般理论取值100,则Ib=2mA/100=20#A,这里有一个电流要估算的,就是流过R1的电流了,一般取值为Ib的10倍左右,取IR1200#A。则R1=11.1V/200#A≈56KΩR2=0.9V(/200-20)#A=5KΩ考虑到实际上的β值可能远大于100,所以R2的实际取值为4.7KΩ。这样,R1、R2、R3、R4的取值分别为56KΩ、4.7KΩ、2.7KΩ、100Ω,Uce为6.4V。

在上面的分析计算中,多次提出假设什么的,这在实际应用中是必要的,很多时候需要一个参考值来给我们计算。但往往却没有,这里面一是我们对各种器件不熟悉,二是忘记了一件事,我们自己才是用电路的人,一些数据可以自己设定,这样可以少走弯路。




版权声明:转载的所有的文章、图片等资料的版权归版权所有人所有,由于原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时联系进行删除,避免给双方造成不必要的经济损失。









care123
  • 积分:563
  • |
  • 主题:5
  • |
  • 帖子:35
积分:563
LV6
高级工程师
最新回复
  • 2020-12-25 16:44:08
  • 倒数1
 
Uce设计成1/2VCC为6V,那你把R4取100Ω后,Uce是多少呢?
热门技术、经典电源设计资源推荐

世纪电源网总部

地 址:天津市南开区黄河道大通大厦8层

电 话:400-022-5587

传 真:(022)27690960

邮 编:300110

E-mail:21dy#21dianyuan.com(#换成@)

世纪电源网分部

广 东:(0755)82437996 /(138 2356 2357)

北 京:(010)69525295 /(15901552591)

上 海:(021)24200688 /(13585599008)

香 港:HK(852)92121212

China(86)15220029145

网站简介 | 网站帮助 | 意见反馈 | 联系我们 | 广告服务 | 法律声明 | 友情链接 | 清除Cookie | 小黑屋 | 不良信息举报 | 网站举报

Copyright 2008-2024 21dianyuan.com All Rights Reserved    备案许可证号为:津ICP备10002348号-2   津公网安备 12010402000296号