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)工作點的計算是相當重要的，這關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半周期都能保證三極管發(fā)射結正偏，集電結反偏才能保證信號被完整的放大，再計算靜態(tài)電路的時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沒有產生明顯的電流(趨向于0)，導致ic也是趨向于0，好比開關沒有閉合的樣子;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)工作點處于放大區(qū)，集電極輸出電流ic=ib的關系，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

在計算靜態(tài)電路的時候，先了解靜態(tài)和動態(tài)的概念：靜態(tài)，是指在一特定的，不再變化的狀態(tài)。比如給一個電阻和一個電源串聯(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)下的各個參量之間的關系就叫靜態(tài)分析。動態(tài),是指電路中某一個參數(shù)發(fā)生一定變化，導致其它參數(shù)也發(fā)生一定變化，這種變化的狀態(tài)就是動態(tài)，然而研究動態(tài)時變化量之間的關系，稱為動態(tài)分析。對于一個放大電路來說，靜態(tài)通常是指輸入信號等于0，整個電路的工作狀態(tài)、各支路的靜態(tài)電流及節(jié)點靜態(tài)電壓，都處于恒定的狀態(tài)，在表示靜態(tài)的變量的時候都會代用一個下標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)時流過部件的電流;在放大電路中，動態(tài)是輸入的信號持續(xù)存在，導致電路的節(jié)點電壓，支路電流，都存在變化。此時的動態(tài)分析主要研究輸入的變化量和輸出變化量之間的關系。比如輸入1mv的正弦波的變化，輸出存在100mv的正弦波的變化，說明這個信號被放大了100倍。研究動態(tài)和靜態(tài)的分析還得知道影響其中的變化，比如靜態(tài)電阻和動態(tài)電阻，靜態(tài)放大倍數(shù)和動態(tài)放大倍數(shù)等。這里只提一下這兩個點，因為本章學習的重點是三極管靜態(tài)電路的分析。

先給出如下圖的放大電路：

該圖是標準的放大電路，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，負責在不影響三極管的靜態(tài)工作點的情況下，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，由于C1容值很大，且輸入存在一定的阻值，使其充放電的時間常數(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，C1左側電位的上升，會導致C1右側的電位跟著上升，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，Ube下降，ib變小。可以看出在輸入頻率較高時，C1起到了一個將電容左側電位變化傳遞到電容右側的作用。

這種傳遞的方法叫阻容耦合。這個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，把輸入信號經過三極管放大之后耦合輸出到負載上。當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。

在計算放大電路的靜態(tài)參數(shù)的時候要確定好電路是否是放大的結構，結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，則屬于放大結構，判斷好是否處于放大結構，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)：

靜態(tài)電路的計算，就是用一些已知的量計算出電路中的各支路電流和各節(jié)點電壓。當然這里的靜態(tài)計算是估算，因為需要用到晶體管的導通電壓Ubeq約等于0.7V。其它的計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，所以根據電路先求基極電流ib：

即：解得Ibq=56.5uA。

再假設三極管處于放大狀態(tài)，則有(假設三極管的放大倍數(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，處于放大結構。

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

顯然理論計算是得負的電壓，但這是一個錯誤的結論，由于三極管的e極就是發(fā)射極接地Ueq=0V,因為這是在0V/12V的供電系統(tǒng)中不可能出現(xiàn)小于0V的電壓，所以得出結論該電路并不是放大狀態(tài)，但是他是放大的結構，不是處于放大狀態(tài)就是處于飽和狀態(tài)，因為有基極電流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的，也從上面的靜態(tài)估算中得出一下幾點計算的結論：

1、依據Uceq=0.7V，計算出基極電流Ib。

2、假設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)，計算步驟如本文。

本文只是給出一個簡單的分析，復雜的不做詳細分析，下圖給出一個復雜一點的電路的靜態(tài)分析過程，不再碼字詳細分析了。