資料介紹
1. 前言
電子技術是一門一半實在一半虛無的東西,各種五花八門的電子元件是實實在在的,但要將它們搭構成我們想要的功能電路就較難,其中分析的各種電量更是讓大多人摸不著頭的虛無東西。并且還有一個致命的因素是,電子電路的制作是先難后易,必先通過繁復的計算和分析,才有后面的制作,但大多的學生并沒有足夠的耐性去學前面的計算和分析,只想著能盡快有后面制作來充實學習生活,到頭卻什么都沒有。還有一個可能是導致這種結果的兇手,就是在前期的理論計算和分析太偏離實際應用。
在我們所用的電子電路中,不外分幾種,分別為電源電路、放大電路、振蕩電路、數(shù)字邏輯電路、數(shù)字信號處理電路等。在這些電路中,又數(shù)放大電路應用最多,穿插在其它電路中。所以放大電路可以說是學習電子技術必須要掌握的內容。
2.放大電路計算的技巧(舉例說明)
放大電路的核心元件是三極管,所以要對三極管要有一定的了解。用三極管構成的放大電路的種類較多,我們用常用的幾種來解說一下(如圖1)。
圖1是一共射的基本放大電路
一般我們對放大路要掌握些什么內容?
(1)分析電路中各元件的作用;
(2)理解放大電路的放大原理;
(3)能分析計算電路的靜態(tài)工作點;
(4)理解靜態(tài)工作點的設置目的和方法。
以上四項中,最后一項較為重要,卻是較少解說得通透的一項。
圖1中,C1 ,C2為耦合電容,耦合就是起信號的傳遞作用,電容器能將信號從前級耦合到后級,是因為電容兩端的電壓不能突變,在輸入端輸入交流信號后,因兩端的電壓不能突變,輸出端的電壓會跟隨輸入端輸入的交流信號一起變化,從而將信號信號從輸入端耦合到輸出端。但有一點要說明的是,電容兩端的電壓不能突變,但不是不能變。
R1 、R2 為三極管 Q1的直流偏置電阻 ,什么叫直流偏置?簡單來說,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。為什么是通過電阻來供電?電阻就象是供水系統(tǒng)中的水龍頭,用調節(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),簡單來說,判別工作于何種工作狀態(tài)可以根據(jù) Uce 的大小來判別,Uce 接近于電源電壓VCC,則三極管就工作于載止狀態(tài),載止狀態(tài)就是說三極管基本上不工作,le 電流較小(大約為零),所以 R2由于沒有電流流過,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,lc電流達到了最大值,就算lb增大,它也不能再增大了。以上兩種狀態(tài)我們一般稱為開關狀態(tài),除這兩種外,第三種狀態(tài)就是放大狀態(tài),一般測Uce接近于電源電壓的一半。若測Uce偏向VCC, 則三極管趨向于載止狀態(tài),若測Uce偏向0V, 則三極管趨向于飽和狀態(tài)。教學上,一般以放大狀態(tài)來解說三極管電路的。
3.理解靜態(tài)工作點的設置目的和方法
放大電路,就是將輸入信號放大后輸出,(一般有電壓放大,電流放大和功率放大幾種,這個不在這討論內)。
先說我們要放大的信號,以正弦交流信號為例說。在分析過程中,可以只考慮到信號大小變化是有正有負,其它不說。上面提到在圖1放大電路電路中,靜態(tài)工作點的設置為Uce接近于電源電壓的一半,為什么?這是為了使信號正負能有對稱的變化空間,在沒有信號輸入的時候,即信號輸入為0,假設Uce為電源電壓的一半,我們當它為一水平線,作為一個參考點。當輸入信號增大時,則Ib增大,Ic電流增大,則電阻R2的電壓U2=Ic x R2會隨之增大,Uce=VCC-U2,會變小。U2最大理論上能達到等于VCC,則Uce最小會達到0V,這是說,在輸入信增加時,Uce最大變化是從1/2的VCC變化到0V。
同理 ,當輸入信號減小時,則 lb 減小,lc 電流減小,則電阻 R2 的電壓 U2=lc x R2 會隨之減小,Uce=VCC- U2, 會變大。在輸入信減小時, Uce最大變化是從1/2 的VCC變化到 VCC。這樣,在輸入信號一定范圍內發(fā)生正負變化時, Uce 以 1/2VCC 為準的話就有一個對稱的正負變化范圍 , 所以一般圖1靜態(tài)工作點的設置為Uce接近于電源電壓的一半。
要把Uce設計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設計成接近于電源電壓的一半?
這里要先知道幾個東西 ,第一個是 我們常說的lc、lb, 它們是三極管的集電極電流和基極電流,它們有一個關系是Ic=β x Ib, 但我們初學的時候,老師很明顯的沒有告訴我們 ,lc、lb 是多大才合適?這個問題比較難答,因為牽涉的東西比較的多,但一般來說,對于小功率管,一般 設 lc在零點幾毫安到幾亳安,中功率管則在幾亳安到幾十毫安,大功率管則在幾十毫安到幾安。
在圖1中,設lc為2mA, 則電阻 R2 的阻值就可以由R=U/I來計算,VCC為 12V, 則 1/2VCC 為 6V, R2 的阻值為6V/2mA, 為 3kΩ, lc 設定為2毫安 ,則 lb 可由 lb= lc/β 推出,關健是 β的取值了,β一般理論取值100 , 則 lb =2mA/100=20?A, 則 R1 =(VCC -0.7V)/Ib =11.3V/20?A =56.5kΩ,但實際上,小功率管的β值 遠不止100, 在 150 到 400 之間,或者更高,所以若按上面計算來做,電路是有可能處于飽和狀態(tài)的。所以有時我們不明白,計算沒錯,但實際不能用,這是因為教學上還少了一點實際的指導,指出理論與實際的差別。這種電路受β值的影響大,每個人計算一樣時,但做出來的結果不一定相同。也就是說,這種電路的穩(wěn)定性差,實際應用較少。但如果改為圖 2的分壓式偏置電路,電路的分析計算和實際電路測量較為接近。
在圖2的分壓式偏置電路中,同樣的 我們假設 Ic 為 2mA, Uce 設計成 l /2VCC為 6V。則 RI 、R2、R3、R4 該如何取值呢?
計算公式如下:
因為 Uce 設計成 1/2VCC為6V,則Icx(R3 R4)=6V;Ic≈Ie。可以算出R3 R4=3kΩ,這樣,R3、R4各是多少?
一般R4取100Ω,R3為2.9kΩ,實際上,R3我們一般直取2.7kΩ,因為E24系列電阻中沒有2.9kΩ,取值2.7kΩ與2.9kΩ沒什么大的區(qū)別。因為R2兩端的電壓等于Ube UR4,即0.7V 100Ωx2mA=0.9V,我們設Ic為2mA,β一般理論取值100,則Ib=2mA/100=20?A,這里有一個電流要估算的,就是流過R1的電流了,一般取值為Ib的10倍左右,取IR為1200?A。
則R1=11.1V/200uA≈ 56kΩ,R2=0.9V/(200-20)uA=5kΩ;考慮到實際上的β值可能遠大于100,所以R2的實際取值為4.7kΩ。這樣,R1、R2、R3、R4的取值分別為56kΩ,4.7kΩ,2.7kΩ,100Ω,Uce為6.4V。
在上面的分析計算中,多次提出假設什么的,這在實際應用中是必要的,很多時候需要一個參考值來給我們計算,但往往卻沒有,這里面一是我們對各種器件不熟悉,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)可以自己設定,這樣可以少走彎路。
來源:電子產品世界
(mbbeetchina)
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