三极管放大电路的静态分析

三极管放大电路的静态分析

在三极管放大电路中，静态工作点的计算是相当重要的，这关乎到能否保证将信号完整的放大，就是保证不管输入信号是在正半周期还是负半周期都能保证三极管发射结正偏，集电结反偏才能保证信号被完整的放大，再计算静态电路的时候先说三极管的几种工作状态，主要有四种状态：截至状态、放大状态、饱和状态、倒置状态;这几种状态这里只做简单的说明，截至状态是指基极ib没有产生明显的电流(趋向于0)，导致ic也是趋向于0，好比开关没有闭合的样子;放大状态是提得最多的，是指ib确定在合适的值，在三极管电路的静态工作点处于放大区，集电极输出电流ic=ib的关系，符合输出伏安特性曲线，即ic的输出随电流ib的变化;饱和状态是指，uceq

在计算静态电路的时候，先了解静态和动态的概念：静态，是指在一特定的，不再变化的状态。比如给一个电阻和一个电源串联形成回路，在不考虑温度对阻值影响的情况下，此时电压源的电压U是确定的，电阻的组织R是确定的以及流过电阻的电流I也是不再改变，电路中的各参数处于恒定不变，这就叫做静态，然而研究静态状态下的各个参量之间的关系就叫静态分析。动态,是指电路中某一个参数发生一定变化，导致其它参数也发生一定变化，这种变化的状态就是动态，然而研究动态时变化量之间的关系，称为动态分析。对于一个放大电路来说，静态通常是指输入信号等于0，整个电路的工作状态、各支路的静态电流及节点静态电压，都处于恒定的状态，在表示静态的变量的时候都会代用一个下标q表示,比如Uq,代表静态部件的两端的电压，而Iq表示静态时流过部件的电流;在放大电路中，动态是输入的信号持续存在，导致电路的节点电压，支路电流，都存在变化。此时的动态分析主要研究输入的变化量和输出变化量之间的关系。比如输入1mv的正弦波的变化，输出存在100mv的正弦波的变化，说明这个信号被放大了100倍。研究动态和静态的分析还得知道影响其中的变化，比如静态电阻和动态电阻，静态放大倍数和动态放大倍数等。这里只提一下这两个点，因为本章学习的重点是三极管静态电路的分析。

先给出如下图的放大电路：

 

 

该图是标准的放大电路，该电路的全称是“NPN管组成的阻容耦合共射极单极放大电路”。在该电路中，C1起到输入耦合的作用，负责在不影响三极管的静态工作点的情况下，将输入信号耦合到放大电路中，这其中的工作原理是：在输入信号为0的静态，C1内含大量的电荷，使其具有与Ubeq完全相等的电压，在输入信号变化时，由于C1容值很大，且输入存在一定的阻值，使其充放电的时间常数很大，输入信号对它的快速充电或者放电，都不足以引起C1两端电压的改变，即C1两端的电压为恒定值。因此，输入信号变正时，C1左侧电位的上升，会导致C1右侧的电位跟着上升，Ube也就上升了，ib变大，这样输入信号就成功的被引到三极管的基极。反之，输入信号为负，Ube下降，ib变小。可以看出在输入频率较高时，C1起到了一个将电容左侧电位变化传递到电容右侧的作用。

这种传递的方法叫阻容耦合。这个耦合是传递一定频率变化的交流量，不能传递直流量，毕竟电容是通交流隔直流的;在该电路种C2其到的作用是和C1一样的，把输入信号经过三极管放大之后耦合输出到负载上。当然放大电路的耦合除了阻容耦合之外还有直接耦合、变压器耦合等。

在计算放大电路的静态参数的时候要确定好电路是否是放大的结构，结合三极管的类型和期望流向的电流方向来判断，在放大电路中，当电源的电流方向与三极管类型期望的电流方向是一致的，则属于放大结构，判断好是否处于放大结构，再判断是放大状态还是饱和状态，这就需要对电路做静态分析和参数的估算了。

下图是上面放大电路的静态电路，做静态分析的时候，遇到电容的地方就开路，所以最终简化好的电路如下图并给出一些参数：

 

 

静态电路的计算，就是用一些已知的量计算出电路中的各支路电流和各节点电压。当然这里的静态计算是估算，因为需要用到晶体管的导通电压Ubeq约等于0.7V。其它的计算都是依赖于欧姆定律和基尔霍夫定律。从图中可以得知Ec=12V,Rb=200KΩ，Rc=1KΩ，所以根据电路先求基极电流ib：

即：解得Ibq=56.5uA。

再假设三极管处于放大状态，则有(假设三极管的放大倍数等于100倍) ，所以Icq=5.65mA。再求Uceq的电压：

即：

所以从以上的静态电路的参数反推三极管的工作状态，因Uceq>0.3V所以符合三极管的输出的伏安特性曲线，处于放大结构。

如果假设改变电路的Rc电阻的参数为Rc=5KΩ，其它不变，再次计算Uceq的电压:

显然理论计算是得负的电压，但这是一个错误的结论，由于三极管的e极就是发射极接地Ueq=0V,因为这是在0V/12V的供电系统中不可能出现小于0V的电压，所以得出结论该电路并不是放大状态，但是他是放大的结构，不是处于放大状态就是处于饱和状态，因为有基极电流ib不能是截至状态，所以有Uceq=Uces=0.3V;所以饱和电流Ic=(Ec-0.3)/Rc=2.34mA。

从这长篇大论中，虽然大部分都是废话，最后一小部分才是文章的主题，这些是为这一小部分打基础的，也从上面的静态估算中得出一下几点计算的结论：

1、依据Uceq=0.7V，计算出基极电流Ib。

2、假设三极管处于放大状态，即基极电流和集电极电流有Icq=Ibq,求解出Uceq。

3、求解得Uceq，结合三极管的特性曲线图做判断，三极管是处于放大状态还是饱和状态，计算步骤如本文。

本文只是给出一个简单的分析，复杂的不做详细分析，下图给出一个复杂一点的电路的静态分析过程，不再码字详细分析了。