二極管、三極管、靜態(tài)工作點(diǎn)以及耦合電容

放大電路的核心元件是三極管，所以要對(duì)三極管要有一定的了解。用三極管構(gòu)成的放大電路的種類較多，我們用常用的幾種來(lái)解說(shuō)一下（如圖1）。圖1是一共射的基本放大電路，一般我們對(duì)放大路要掌握些什么內(nèi)容？

（1）分析電路中各元件的作用；

（2）解放大電路的放大原理；

（3）能分析計(jì)算電路的靜態(tài)工作點(diǎn)；

（4）理解靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置目的和方法；

以上四項(xiàng)中，最后一項(xiàng)較為重要。

圖1中，C1，C2為耦合電容，耦合就是起信號(hào)的傳遞作用，電容器能將信號(hào)信號(hào)從前級(jí)耦合到后級(jí)，是因?yàn)殡娙輧啥说碾妷翰荒芡蛔儯谳斎攵溯斎虢涣餍盘?hào)后，因兩端的電壓不能突變因，輸出端的電壓會(huì)跟隨輸入端輸入的交流信號(hào)一起變化，從而將信號(hào)從輸入端耦合到輸出端。但有一點(diǎn)要說(shuō)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V1的直流偏置電阻，什么叫直流偏置？簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，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(yīng)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(guò)電阻來(lái)供電？電阻就象是供水系統(tǒng)中的水龍頭，用調(diào)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(lái)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(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，判別工作于何種工作狀態(tài)可以根據(jù)Uce的大小來(lái)判別，Uce接近于電源電壓VCC，則三極管就工作于載止?fàn)顟B(tài)，載止?fàn)顟B(tài)就是說(shuō)三極管基本上不工作，Ic電流較小（大約為零），所以R2由于沒(méi)有電流流過(guò)，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(shuō)，Ic電流達(dá)到了最大值，就算Ib增大，它也不能再增大了。

以上兩種狀態(tài)我們一般稱為開(kāi)關(guān)狀態(tài)，除這兩種外，第三種狀態(tài)就是放大狀態(tài)，一般測(cè)Uce接近于電源電壓的一半。若測(cè)Uce偏向VCC，則三極管趨向于載止?fàn)顟B(tài)，若測(cè)Uce偏向0V，則三極管趨向于飽和狀態(tài)。

理解靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置目的和方法

放大電路，就是將輸入信號(hào)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(gè)不在這討論內(nèi)）。先說(shuō)我們要放大的信號(hào)，以正弦交流信號(hào)為例說(shuō)。在分析過(guò)程中，可以只考慮到信號(hào)大小變化是有正有負(fù)，其它不說(shuō)。上面提到在圖1放大電路電路中，靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置為Uce接近于電源電壓的一半，為什么？

這是為了使信號(hào)正負(fù)能有對(duì)稱的變化空間，在沒(méi)有信號(hào)輸入的時(shí)候，即信號(hào)輸入為0，假設(shè)Uce為電源電壓的一半，我們當(dāng)它為一水平線，作為一個(gè)參考點(diǎn)。當(dāng)輸入信號(hào)增大時(shí)，則Ib增大，Ic電流增大，則電阻R2的電壓U2=Ic×R2會(huì)隨之增大，Uce=VCC-U2，會(huì)變小。U2最大理論上能達(dá)到等于VCC，則Uce最小會(huì)達(dá)到0V，這是說(shuō)，在輸入信增加時(shí)，Uce最大變化是從1/2的VCC變化到0V。

同理，當(dāng)輸入信號(hào)減小時(shí)，則Ib減小，Ic電流減小，則電阻R2的電壓U2=Ic×R2會(huì)隨之減小，Uce=VCC-U2，會(huì)變大。在輸入信減小時(shí)，Uce最大變化是從1/2的VCC變化到VCC。這樣，在輸入信號(hào)一定范圍內(nèi)發(fā)生正負(fù)變化時(shí)，Uce以1/2VCC為準(zhǔn)的話就有一個(gè)對(duì)稱的正負(fù)變化范圍，所以一般圖1靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置為Uce接近于電源電壓的一半。

要把Uce設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)成接近于電源電壓的一半？這就是手段了。

這里要先知道幾個(gè)東西，第一個(gè)是我們常說(shuō)的Ic、Ib，它們是三極管的集電極電流和基極電流，它們有一個(gè)關(guān)系是Ic=β×Ib，但我們初學(xué)的時(shí)候，老師很明顯的沒(méi)有告訴我們，Ic、Ib是多大才合適？這個(gè)問(wèn)題比較難答，因?yàn)闋可娴臇|西比較的多，但一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于小功率管，一般設(shè)Ic在零點(diǎn)幾毫安到幾毫安，中功率管則在幾毫安到幾十毫安，大功率管則在幾十毫安到幾安。

在圖 1 中，設(shè) Ic 為 2mA，則電阻 R2 的阻值就可以由 R=U/I 來(lái)計(jì)算，VCC 為 12V，則 1/2VCC為 6V，R2 的阻值為 6V/2mA，為 3KΩ。Ic 設(shè)定為 2 毫安，則 Ib 可由 Ib=Ic/β推出，關(guān)健是β的取值了，β一般理論取值 100 ，則 Ib=2mA/100=20#A ，則 R1= （ VCC-0.7V ）/Ib=11.3V/20#A=56.5KΩ， 但實(shí)際上，小功率管的β值遠(yuǎn)不止 100，在 150 到 400 之間，或者更高，所以若按上面計(jì)算來(lái)做，電路是有可能處于飽和狀態(tài)的，所以有時(shí)我們不明白，計(jì)算沒(méi)錯(cuò)，但實(shí)際不能用，這是因?yàn)檫€少了一點(diǎn)實(shí)際的指導(dǎo)，指出理論與實(shí)際的差別。這種電路受β值的影響大，每個(gè)人計(jì)算一樣時(shí)，但做出來(lái)的結(jié)果不一定相同。也就是說(shuō)，這種電路的穩(wěn)定性差，實(shí)際應(yīng)用較少。但如果改為圖 2 的分壓式偏置電路，電路的分析計(jì)算和實(shí)際電路測(cè)量較為接近。

在圖 2 的分壓式偏置電路中，同樣的我們假設(shè) Ic 為 2mA， Uce 設(shè)計(jì)成 1/2VCC 為 6V。則 R1、R2、 R3、 R4 該如何取值呢。計(jì)算公式如下：因?yàn)?Uce 設(shè)計(jì)成 1/2VCC 為 6V，則 Ic×（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(shí)際上 R3 我們一般直取 2.7KΩ，因?yàn)?E24 系列電阻中沒(méi)有 2.9KΩ，取值 2.7KΩ與 2.9KΩ沒(méi)什么大的區(qū)別。因?yàn)?R2 兩端的電壓等于 Ube+UR4。

0.7V+100Ω×2mA=0.9V，我們?cè)O(shè) Ic 為 2mA，β一般理論取值 100，則 Ib=2mA/100=20#A，這里有一個(gè)電流要估算的，就是流過(guò) R1 的電流了，一般取值為 Ib 的 10 倍左右，取 IR1200#A。則 R1=11.1V/200#A≈56KΩR2=0.9V （/200-20） #A=5KΩ;考慮到實(shí)際上的β值可能遠(yuǎn)大于 100，所以 R2 的實(shí)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(jì)算中，多次提出假設(shè)什么的，這在實(shí)際應(yīng)用中是必要的，很多時(shí)候需要一個(gè)參考值來(lái)給我們計(jì)算，但往往卻沒(méi)有，這里面一是我們對(duì)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(shè)定，這樣可以少走彎路。

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