运算放大器偏置电阻的计算

由于各级电路的电路形式以及增益不同，故等效的RC时间常数也不同。输出级为电压跟随器形式。其增益最低，但带宽最宽(即RC低通截止频率最高)。即RC时间常数最小。

运算放大器在输入为0V的时候，输出不一定为0V，可能几十uV到几mv，这个叫做运算放大器的直流偏置，如果放大倍数比较大的话，这个直流偏置也会被放大，为了消除直流偏置，在运放的电源端和输入端加一个几M的电阻，或者有的运放本身就有调零端Voffset，接上一个电阻用于抵消直流偏置，这个电阻就叫做偏置电阻。

放大电路的核心元件是三极管，所以要对三极管要有一定的了解。用三极管构成的放大电路的种类较多，我们用常用的几种来解说一下。图1是一共射的基本放大电路，一般我们对放大路要掌握些什么内容?

(1)分析电路中各元件的作用;

(2)解放大电路的放大原理;

(3)能分析计算电路的静态工作点;

(4)理解静态工作点的设置目的和方法。

图1

偏置电阻的计算

图1中，C1、C2为耦合电容，耦合就是起信号的传递作用，电容器能将信号信号从前级耦合到后级，是因为电容两端的电压不能突变，在输入端输入交流信号后，因两端的电压不能突变因，输出端的电压会跟随输入端输入的交流信号一起变化，从而将信号从输入端耦合到输出端。但有一点要说明的是，电容两端的电压不能突变，但不是不能变。

R1、R2为三极管V1的直流偏置电阻，什么叫直流偏置？简单来说，做工要吃饭。要求三极管工作，必先要提供一定的工作条件，电子元件一定是要求有电能供应的了，否则就不叫电路了。

在电路的工作要求中，第一条件是要求要稳定，所以，电源一定要是直流电源，所以叫直流偏置。为什么是通过电阻来供电？电阻就象是供水系统中的水龙头，用调节电流大小的。所以，三极管的三种工作状态“：载止、饱和、放大”就由直流偏置决定，在图1中，也就是由R1、R2来决定了。

首先，我们要知道如何判别三极管的三种工作状态，简单来说，判别工作于何种工作状态可以根据Uce的大小来判别，Uce接近于电源电压VCC，则三极管就工作于载止状态，载止状态就是说三极管基本上不工作，Ic电流较小(大约为零)，所以R2由于没有电流流过，电压接近0V，所以Uce就接近于电源电压VCC。

若Uce接近于0V，则三极管工作于饱和状态，何谓饱和状态？就是说，Ic电流达到了最大值，就算Ib增大，它也不能再增大了。

以上两种状态我们一般称为开关状态，除这两种外，第三种状态就是放大状态，一般测Uce接近于电源电压的一半。若测Uce偏向VCC，则三极管趋向于载止状态，若测Uce偏向0V，则三极管趋向于饱和状态。

静态工作点的设置目的和方法

放大电路，就是将输入信号放大后输出，(一般有电压放大，电流放大和功率放大几种，这个不在这讨论内)。先说我们要放大的信号，以正弦交流信号为例说。在分析过程中，可以只考虑到信号大小变化是有正有负，其它不说。上面提到在图1放大电路电路中，静态工作点的设置为Uce接近于电源电压的一半，为什么?

这是为了使信号正负能有对称的变化空间，在没有信号输入的时候，即信号输入为0，假设Uce为电源电压的一半，我们当它为一水平线，作为一个参考点。当输入信号增大时，则Ib增大，Ic电流增大，则电阻R2的电压U2=Ic&TImes;R2会随之增大，Uce=VCC-U2，会变小。U2最大理论上能达到等于VCC，则Uce最小会达到0V，这是说，在输入信增加时，Uce最大变化是从1/2的VCC变化到0V。

同理，当输入信号减小时，则Ib减小，Ic电流减小，则电阻R2的电压U2=Ic&TImes;R2会随之减小，Uce=VCC-U2，会变大。在输入信减小时，Uce最大变化是从1/2的VCC变化到VCC。这样，在输入信号一定范围内发生正负变化时，Uce以1/2VCC为准的话就有一个对称的正负变化范围，所以一般图1静态工作点的设置为Uce接近于电源电压的一半。

要把Uce设计成接近于电源电压的一半，这是我们的目的，但如何才能把Uce设计成接近于电源电压的一半？这就是手段了。

这里要先知道几个东西，第一个是我们常说的Ic、Ib，它们是三极管的集电极电流和基极电流，它们有一个关系是Ic=β&TImes;Ib，但我们初学的时候，老师很明显的没有告诉我们，Ic、Ib是多大才合适？这个问题比较难答，因为牵涉的东西比较的多，但一般来说，对于小功率管，一般设Ic在零点几毫安到几毫安，中功率管则在几毫安到几十毫安，大功率管则在几十毫安到几安。

在图1中，设Ic为2mA，则电阻R2的阻值就可以由R=U/I来计算，VCC为12V，则1/2VCC为6V，R2的阻值为6V/2mA，为3KΩ。Ic设定为2毫安，则Ib可由Ib=Ic/β推出，关健是β的取值了，β一般理论取值100，则Ib=2mA/100=20#A，则R1=(VCC-0.7V)/Ib=11.3V/20#A=56.5KΩ，但实际上，小功率管的β值远不止100，在150到400之间，或者更高，所以若按上面计算来做，电路是有可能处于饱和状态的，所以有时我们不明白，计算没错，但实际不能用，这是因为还少了一点实际的指导，指出理论与实际的差别。这种电路受β值的影响大，每个人计算一样时，但做出来的结果不一定相同。也就是说，这种电路的稳定性差，实际应用较少。但如果改为图2的分压式偏置电路，电路的分析计算和实际电路测量较为接近。

图2

偏置电阻的计算

在图2的分压式偏置电路中，同样的我们假设Ic为2mA，Uce设计成1/2VCC为6V。则R1、R2、R3、R4该如何取值呢？计算公式如下：因为Uce设计成1/2VCC为6V，则Ic&TImes;(R3+R4)=6V;Ic≈Ie。可以算出R3+R4=3KΩ，这样，R3、R4各是多少？

一般R4取100Ω，R3为2.9KΩ，实际上R3我们一般直取2.7KΩ，因为E24系列电阻中没有2.9KΩ，取值2.7KΩ与2.9KΩ没什么大的区别。因为R2两端的电压等于Ube+UR4，即0.7V+100Ω×2mA=0.9V，我们设Ic为2mA，β一般理论取值100，则Ib=2mA/100=20#A，这里有一个电流要估算的，就是流过R1的电流了，一般取值为Ib的10倍左右，取IR1200#A。则R1=11.1V/200#A≈56KΩR2=0.9V(/200-20)#A=5KΩ；考虑到实际上的β值可能远大于100，所以R2的实际取值为4.7KΩ。这样，R1、R2、R3、R4的取值分别为56KΩ，4.7KΩ，2.7KΩ，100Ω，Uce为6.4V。

在上面的分析计算中，多次提出假设什么的，这在实际应用中是必要的，很多时候需要一个参考值来给我们计算，但往往却没有，这里面一是我们对各种器件不熟悉，二是忘记了一件事，我们自己才是用电路的人，一些数据可以自己设定，这样可以少走弯路。

审核编辑：汤梓红