運(yùn)算放大器偏置電阻的計(jì)算

運(yùn)算放大器在輸入為0V的時(shí)候，輸出不一定為0V，可能幾十uV到幾mv，這個(gè)叫做運(yùn)算放大器的直流偏置，如果放大倍數(shù)比較大的話，這個(gè)直流偏置也會(huì)被放大，為了消除直流偏置，在運(yùn)放的電源端和輸入端加一個(gè)幾M的電阻，或者有的運(yùn)放本身就有調(diào)零端Voffset，接上一個(gè)電阻用于抵消直流偏置，這個(gè)電阻就叫做偏置電阻。

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(lèi)較多，我們用常用的幾種來(lái)解說(shuō)一下。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。

偏置電阻的計(jì)算

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(chēng)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(chēng)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&TImes;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&TImes;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(chēng)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?這就是的手段了。

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&TImes;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。

偏置電阻的計(jì)算

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)閁ce設(shè)計(jì)成1/2VCC為6V，則Ic&TImes;(R3+R4)=6V;Ic≈Ie?？梢运愠鯮3+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)镋24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)镽2兩端的電壓等于Ube+UR4，即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。

陰極偏置電阻和反饋電阻的計(jì)算?

對(duì)于輸入級(jí)陰極處施加了大環(huán)路負(fù)反饋的功放來(lái)說(shuō)，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，EP2C8F256CXNAA對(duì)陰極偏置電阻和反饋電阻的計(jì)算，容易成為最復(fù)雜的計(jì)算。不過(guò)，如果我們能保持鎮(zhèn)定，通過(guò)畫(huà)出眾多簡(jiǎn)明扼要的電路分析圖，把所有信息全部做好標(biāo)注，那么，問(wèn)題就可以得到簡(jiǎn)化，能達(dá)到我們可掌控的程度。

只在信封背面寫(xiě)寫(xiě)畫(huà)畫(huà)，是難以得到答案的。我們需要同時(shí)考慮如下4個(gè)主要因素。

·我們需要正確地設(shè)置好陰極偏置電壓。通常來(lái)說(shuō)，這是歐姆定律的簡(jiǎn)單應(yīng)用;但這里稍復(fù)雜一些，因?yàn)槠秒娏鲗⑼瑫r(shí)流過(guò)陰極電阻和反饋電阻。

·榆入管本身在陰極電阻上產(chǎn)生電流反饋，而這個(gè)陰極電阻，還有來(lái)自于放大器輸出端的電流流過(guò)。

·我們需要設(shè)定好陰極電阻與反饋電阻的阻值比例，以便獲得所需的負(fù)反饋量。

·就我們關(guān)心的AC來(lái)說(shuō)，陰極電阻是與輸入管的‰并聯(lián)的。我們已知道限制因素，現(xiàn)在，應(yīng)該可以畫(huà)圖作標(biāo)注，并利用公式進(jìn)行一些計(jì)算。

由于我們需要讓陰極電壓等于2.5V，而陽(yáng)極電流為190V/47kQ，因此，陰極與地線之間的總電阻必定為618.4Q。

要實(shí)現(xiàn)Mullard所稱(chēng)的11W的EL84推挽輸出功率，需要讓輸入管陽(yáng)極信號(hào)擺幅達(dá)到8.636。這意味著，陽(yáng)極信號(hào)電流須為8.636V/47kQ=0.1837mARMs。這個(gè)電流也流進(jìn)陰極電路，在沒(méi)有作旁路處理的電阻上形成反饋電壓。

我們希望這臺(tái)功放的輸入靈敏度為2Ms，我們還知道，在施加大環(huán)路負(fù)反饋之前，輸入靈敏度為298Ms。因此，陰極處的反饋電壓需為2V一0.298V=1.702Ms。我們知道，在輸出10W時(shí)，功放的輸出信號(hào)將是8.944Ms。

審核編輯：湯梓紅

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