三極管放大電路的靜態(tài)分析

在三極管放大電路中，靜態(tài)工作點(diǎn)的計(jì)算是相當(dāng)重要的，這關(guān)乎到能否保證將信號完整的放大，就是保證不管輸入信號是在正半周期還是負(fù)半周期都能保證三極管發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏才能保證信號被完整的放大，再計(jì)算靜態(tài)電路的時(shí)候先說三極管的幾種工作狀態(tài)，主要有四種狀態(tài)：截至狀態(tài)、放大狀態(tài)、飽和狀態(tài)、倒置狀態(tài);這幾種狀態(tài)這里只做簡單的說明，截至狀態(tài)是指基極ib沒有產(chǎn)生明顯的電流(趨向于0)，導(dǎo)致ic也是趨向于0，好比開關(guān)沒有閉合的樣子;放大狀態(tài)是提得最多的，是指ib確定在合適的值，在三極管電路的靜態(tài)工作點(diǎn)處于放大區(qū)，集電極輸出電流ic=ib的關(guān)系，符合輸出伏安特性曲線，即ic的輸出隨電流ib的變化;飽和狀態(tài)是指，uceq

在計(jì)算靜態(tài)電路的時(shí)候，先了解靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的概念：靜態(tài)，是指在一特定的，不再變化的狀態(tài)。比如給一個(gè)電阻和一個(gè)電源串聯(lián)形成回路，在不考慮溫度對阻值影響的情況下，此時(shí)電壓源的電壓U是確定的，電阻的組織R是確定的以及流過電阻的電流I也是不再改變，電路中的各參數(shù)處于恒定不變，這就叫做靜態(tài)，然而研究靜態(tài)狀態(tài)下的各個(gè)參量之間的關(guān)系就叫靜態(tài)分析。動(dòng)態(tài),是指電路中某一個(gè)參數(shù)發(fā)生一定變化，導(dǎo)致其它參數(shù)也發(fā)生一定變化，這種變化的狀態(tài)就是動(dòng)態(tài)，然而研究動(dòng)態(tài)時(shí)變化量之間的關(guān)系，稱為動(dòng)態(tài)分析。對于一個(gè)放大電路來說，靜態(tài)通常是指輸入信號等于0，整個(gè)電路的工作狀態(tài)、各支路的靜態(tài)電流及節(jié)點(diǎn)靜態(tài)電壓，都處于恒定的狀態(tài)，在表示靜態(tài)的變量的時(shí)候都會(huì)代用一個(gè)下標(biāo)q表示,比如Uq,代表靜態(tài)部件的兩端的電壓，而Iq表示靜態(tài)時(shí)流過部件的電流;在放大電路中，動(dòng)態(tài)是輸入的信號持續(xù)存在，導(dǎo)致電路的節(jié)點(diǎn)電壓，支路電流，都存在變化。此時(shí)的動(dòng)態(tài)分析主要研究輸入的變化量和輸出變化量之間的關(guān)系。比如輸入1mv的正弦波的變化，輸出存在100mv的正弦波的變化，說明這個(gè)信號被放大了100倍。研究動(dòng)態(tài)和靜態(tài)的分析還得知道影響其中的變化，比如靜態(tài)電阻和動(dòng)態(tài)電阻，靜態(tài)放大倍數(shù)和動(dòng)態(tài)放大倍數(shù)等。這里只提一下這兩個(gè)點(diǎn)，因?yàn)楸菊聦W(xué)習(xí)的重點(diǎn)是三極管靜態(tài)電路的分析。

先給出如下圖的放大電路：

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該圖是標(biāo)準(zhǔn)的放大電路，該電路的全稱是“NPN管組成的阻容耦合共射極單極放大電路”。在該電路中，C1起到輸入耦合的作用，負(fù)責(zé)在不影響三極管的靜態(tài)工作點(diǎn)的情況下，將輸入信號耦合到放大電路中，這其中的工作原理是：在輸入信號為0的靜態(tài)，C1內(nèi)含大量的電荷，使其具有與Ubeq完全相等的電壓，在輸入信號變化時(shí)，由于C1容值很大，且輸入存在一定的阻值，使其充放電的時(shí)間常數(shù)很大，輸入信號對它的快速充電或者放電，都不足以引起C1兩端電壓的改變，即C1兩端的電壓為恒定值。因此，輸入信號變正時(shí)，C1左側(cè)電位的上升，會(huì)導(dǎo)致C1右側(cè)的電位跟著上升，Ube也就上升了，ib變大，這樣輸入信號就成功的被引到三極管的基極。反之，輸入信號為負(fù)，Ube下降，ib變小。可以看出在輸入頻率較高時(shí)，C1起到了一個(gè)將電容左側(cè)電位變化傳遞到電容右側(cè)的作用。

這種傳遞的方法叫阻容耦合。這個(gè)耦合是傳遞一定頻率變化的交流量，不能傳遞直流量，畢竟電容是通交流隔直流的;在該電路種C2其到的作用是和C1一樣的，把輸入信號經(jīng)過三極管放大之后耦合輸出到負(fù)載上。當(dāng)然放大電路的耦合除了阻容耦合之外還有直接耦合、變壓器耦合等。

在計(jì)算放大電路的靜態(tài)參數(shù)的時(shí)候要確定好電路是否是放大的結(jié)構(gòu)，結(jié)合三極管的類型和期望流向的電流方向來判斷，在放大電路中，當(dāng)電源的電流方向與三極管類型期望的電流方向是一致的，則屬于放大結(jié)構(gòu)，判斷好是否處于放大結(jié)構(gòu)，再判斷是放大狀態(tài)還是飽和狀態(tài)，這就需要對電路做靜態(tài)分析和參數(shù)的估算了。

下圖是上面放大電路的靜態(tài)電路，做靜態(tài)分析的時(shí)候，遇到電容的地方就開路，所以最終簡化好的電路如下圖并給出一些參數(shù)：

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靜態(tài)電路的計(jì)算，就是用一些已知的量計(jì)算出電路中的各支路電流和各節(jié)點(diǎn)電壓。當(dāng)然這里的靜態(tài)計(jì)算是估算，因?yàn)樾枰玫?a target="_blank">晶體管的導(dǎo)通電壓Ubeq約等于0.7V。其它的計(jì)算都是依賴于歐姆定律和基爾霍夫定律。從圖中可以得知Ec=12V,Rb=200KΩ，Rc=1KΩ，所以根據(jù)電路先求基極電流ib：

即：解得Ibq=56.5uA。

再假設(shè)三極管處于放大狀態(tài)，則有(假設(shè)三極管的放大倍數(shù)等于100倍) ，所以Icq=5.65mA。再求Uceq的電壓：

即：

所以從以上的靜態(tài)電路的參數(shù)反推三極管的工作狀態(tài)，因Uceq>0.3V所以符合三極管的輸出的伏安特性曲線，處于放大結(jié)構(gòu)。

如果假設(shè)改變電路的Rc電阻的參數(shù)為Rc=5KΩ，其它不變，再次計(jì)算Uceq的電壓:

顯然理論計(jì)算是得負(fù)的電壓，但這是一個(gè)錯(cuò)誤的結(jié)論，由于三極管的e極就是發(fā)射極接地Ueq=0V,因?yàn)檫@是在0V/12V的供電系統(tǒng)中不可能出現(xiàn)小于0V的電壓，所以得出結(jié)論該電路并不是放大狀態(tài)，但是他是放大的結(jié)構(gòu)，不是處于放大狀態(tài)就是處于飽和狀態(tài)，因?yàn)橛谢鶚O電流ib不能是截至狀態(tài)，所以有Uceq=Uces=0.3V;所以飽和電流Ic=(Ec-0.3)/Rc=2.34mA。

從這長篇大論中，雖然大部分都是廢話，最后一小部分才是文章的主題，這些是為這一小部分打基礎(chǔ)的，也從上面的靜態(tài)估算中得出一下幾點(diǎn)計(jì)算的結(jié)論：

1、依據(jù)Uceq=0.7V，計(jì)算出基極電流Ib。

2、假設(shè)三極管處于放大狀態(tài)，即基極電流和集電極電流有Icq=Ibq,求解出Uceq。

3、求解得Uceq，結(jié)合三極管的特性曲線圖做判斷，三極管是處于放大狀態(tài)還是飽和狀態(tài)，計(jì)算步驟如本文。

本文只是給出一個(gè)簡單的分析，復(fù)雜的不做詳細(xì)分析，下圖給出一個(gè)復(fù)雜一點(diǎn)的電路的靜態(tài)分析過程，不再碼字詳細(xì)分析了。

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