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文檔簡介

1、 (肆)三極體訊號放大器之偏壓設(shè)計與實用電路放大器電路(偏壓)設(shè)計之過程與方式 三極體偏壓設(shè)計要點 - 選擇BE介面及CE介面的工作範圍以使兩者皆保持在線性區(qū)操作(1) 工作範圍的位置乃是以其中心點【即工作點或Q點】來定義,選擇工作範圍其實就是選擇Q點(2) 原則上,Q點由、及所定義,但因為及之值乃視而定,而又由BE迴路的、及來決定,因此所謂三極體偏壓設(shè)計便是指BE迴路的設(shè)計。(3) 從另一方面而言,三極體電路的目的是在激發(fā)並透過或以產(chǎn)生放大的有用功率,而這些功能都發(fā)生在CE迴路,因此Q點的選擇便都是透過CE介面的考慮來達成。 三極體偏壓設(shè)計的步驟 步驟一:CE迴路的設(shè)計 CE介面的工作位置由

2、、及的擺動範圍所共同決定。 一)若及已知,則CE迴路的負載線已定【通常 所以常忽略】,此時CE迴路的設(shè)計重點有以下兩種:(1) 的振幅()也已知;此時設(shè)計的重點為擺動範圍的選擇- 一般,的工作範圍離橫軸越近越好。但通常會讓離橫軸有一安全距離,因為會不太線性。(右圖)- 此時Q點電流將定為 (2) 的振幅為未定;此時可將Q點置放於負載線在線性區(qū)段(扣除與橫軸安全距離之後)的中點,這將使可以作最大程度的交流擺動,因此稱作的最大擺動設(shè)計(右下圖)- 此時Q點電流將定為 二)若的擺動範圍及(或)為已知,則CE迴路的設(shè)計重點為求出使CE介面為線性工作之或(下圖) - 此時的設(shè)計可以圖解法為之(下圖),或

3、根據(jù)等效電路計算 - 此時Q點電流的計算與上述(甲)項相同 步驟二:BE迴路的設(shè)計(計算、跟以達成的設(shè)計) 基本計算公式: 基本三極體電流關(guān)係: BE迴路的直流KVL: 因此基本的計算公式為 三個未知數(shù),、及 ,的選擇 首先,由於所消耗的功為無用功,因此希望儘量小。 但在另一方面,的值通常不易確定,而根據(jù)基本公式,值的異動將牽動(跟),因此一般希望,以降低的值在基本公式裡的重要性。 綜合上述兩點考慮,一般令 及 。 最後,根據(jù)基本公式,所須的為 及的實際電路組成 我們曾提過,一個三極體電路不可能使用兩個獨立電源 真實的及是以及分壓電阻及來實現(xiàn)(右圖) 及為,跟的戴維寧等效電路(參考左圖),因此

4、 及 , 或更重要的 及 。-範例3.3 -右圖電路裡, 而 預(yù)定為 ,若三極體的, , , 及而且,,試設(shè)計其他的電路元件-步驟一:CE迴路的設(shè)計 => 根據(jù)(C)圖一、 根據(jù)的原則,選擇,這將使得二、 讓的工作範圍最接近橫軸的Q點電流為 三、 則,因此必須讓以確保CE介面將工作在線性區(qū)。在此,我們選 步驟二:及的設(shè)計 => BE迴路的直流設(shè)計 => 根據(jù)(D)圖一、 根據(jù)的原則,選擇二、 因此所須的為。在此,我們選步驟三:將及轉(zhuǎn)化為及的設(shè)計=> 根據(jù)(B)圖以及上頁的公式, 及步驟四:BE迴路的交流分析 => 根據(jù)(E)圖 BE迴路的交流戴維寧電壓源為。所以必

5、需,或步驟五:驗證設(shè)計 => 根據(jù)(E)圖 一、二、,所以 ,所以 ,所以二而且交流電壓振幅為,因此-範例3.4 -右圖電路裡,而,並且, , , 及又,,試做的最大擺動設(shè)計並求最大的。-步驟一:CE迴路的設(shè)計一、 同樣選,則二、 又由於可能的,因此可讓最大擺動的Q點電流將會是三、 另外,最大可能的將會是 步驟二:BE迴路的設(shè)計一、 同樣選,則根據(jù)前例的式子必須,選二、 因此, 及 步驟三:驗證設(shè)計 - 本例之所有阻抗皆與前例相同,因此放大率也不變。但隨的降低,容許的也降為CE迴路之交流負載與直流負載不同時之電路設(shè)計 CE迴路之交流阻抗 - 考慮如期之兩項例子 (A)射極電阻的特殊需求

6、如下圖 => (1) 稱為旁通偶合電容。 (2) 結(jié)果,交流阻抗將出現(xiàn)在CE迴路。 (A)負載作業(yè)之直流隔絕 => 同樣結(jié)果:交流阻抗將出現(xiàn)在CE迴路。 CE迴路之交流阻抗對放大器電路設(shè)計的影響 l使CE迴路的交流負載方 程不同於直流負載方程式l交流負載線的斜率通常大於直流負載線,因此可降低至紅色位置(即將所有負載線左移),仍可使的擺動維持在線性區(qū)。l降低便也降低 可以降低三極體的總體功率損耗。l直流工作點(Q點)的選擇,如今有新的考慮。 具交流阻抗之CE迴路設(shè)計 基本上,對於擺動範圍的選擇完全按照前述步驟一的原則- 即 ,若為已知 但因為的擺動範圍如今是根據(jù)交流負載線來決定,而且

7、通常是,因此Q點之橫座標()可以向左移(右圖上)- Q點越往左,及越小,代表能量損耗也越少- 的可能最小值可由右下圖求之,或以解析法計算如下 l 由右圖下 l 另外,所必須的為: =>【可與附錄二的公式比較】 注意在右圖下,剛好位於藍色線在線性區(qū)的中點,這代表右圖下的Q點為對應(yīng)於該條直流負載線的的最大擺動設(shè)計- 換言之,若無法預(yù)估,但、及為已定,則的最大擺動設(shè)計可倒算如下 l 當、及為已知,則由上式得最大擺動設(shè)計的Q點為 及 l 另外,這個所可容許的最大則為 的選擇 - A trade-off condition一、 由於跟分流(左圖),因此降低將減少,從而降低訊號放大率- 二、 但增加

8、將降低直流負載線的斜率,從而增加所須的(上右圖)。而增加將增加能量的消耗,並使三極體的逆偏壓上昇,這都使得三極體的耐熱及耐壓程度提高,價格也變高。三、 結(jié)論:又是一個互相矛盾的須求 => 【直流的考慮要但交流的考慮要】 => 理論上,將換成一個大電感似乎可以滿足所有的需求 -> 見下一節(jié)的討論- 範例3.5 -右圖電路裡,而的最大振幅預(yù)定為,則若, , , 及 而且 ,,試設(shè)計其他的電路元件-步驟一:CE迴路的設(shè)計一、 為了交流訊號的考慮,根據(jù)上述的原則,選擇, 二、 則由於,因此三、 則較好的Q點電流為 ,因此 四、 另外,為了降低的考慮,我們通常使,若選擇,則 而 五、 則根據(jù)前頁的討論,必須要以確保CE介面將工作在線性區(qū)。在此,我們選步驟二:BE迴路的設(shè)計 - 原則上,完全遵循範例3.3的步驟一、 根據(jù)的原則,選擇二、 因此所須的為。在此,我們選三、 則 而 步驟三:驗證設(shè)計一、 上述設(shè)計使得 而 。根據(jù)附錄二,BE介面將工作在線性區(qū)的條件為,或 二、 由於、而且,因此而電流放大率為 - 範例3.3 討論 - 若再增大,譬如,則放大率成為,放大率的提高不到一成。但這將使得,因此所須的將增加到,也就是原設(shè)計的八倍,顯然不是劃算的設(shè)計。 因此已是一個足夠的設(shè)計。 將換成一個大電感來改善設(shè)計的構(gòu)想,基本上對放大率的提高

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