干货 | 让你少走弯路的三极管放大电路设计技巧
掌握了下面这些技巧，三极管放大电路计算so easy。
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,后一项较为重要。
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因,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,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?电阻就象是供水系统中的水 ,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大理论上能达到 等于vcc,则uce小会达到0v,这是说,在输入信增加时,uce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?这就是的手段了。
这里要先知道几个东西,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。
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。
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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,后一项较为重要。
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因,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,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?电阻就象是供水系统中的水 ,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大理论上能达到 等于vcc,则uce小会达到0v,这是说,在输入信增加时,uce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?这就是的手段了。
这里要先知道几个东西,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。
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。
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