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硬件设计 | 三极管放大电路！

发布时间: 2024-10-17 22:45:34
来源: 电路大讲堂

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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


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（图1）
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


放大电路其实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。
但在实际上，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。
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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。


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