(肆三極體訊號(hào)放大器之偏壓設(shè)計(jì)與實(shí)用電路

1、 (肆)三極體訊號(hào)放大器之偏壓設(shè)計(jì)與實(shí)用電路放大器電路(偏壓)設(shè)計(jì)之過程與方式 三極體偏壓設(shè)計(jì)要點(diǎn) - 選擇BE介面及CE介面的工作範(fàn)圍以使兩者皆保持在線性區(qū)操作(1) 工作範(fàn)圍的位置乃是以其中心點(diǎn)【即工作點(diǎn)或Q點(diǎn)】來定義，選擇工作範(fàn)圍其實(shí)就是選擇Q點(diǎn)(2) 原則上，Q點(diǎn)由、及所定義，但因?yàn)榧爸的艘暥?，而又由BE迴路的、及來決定，因此所謂三極體偏壓設(shè)計(jì)便是指BE迴路的設(shè)計(jì)。(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(diǎn)的選擇便都是透過CE介面的考慮來達(dá)成。 三極體偏壓設(shè)計(jì)的步驟 步驟一：CE迴路的設(shè)計(jì) CE介面的工作位置由

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

3、根據(jù)等效電路計(jì)算 - 此時(shí)Q點(diǎn)電流的計(jì)算與上述(甲)項(xiàng)相同 步驟二：BE迴路的設(shè)計(jì)(計(jì)算、跟以達(dá)成的設(shè)計(jì)) 基本計(jì)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(jì)算公式為 三個(gè)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(dòng)將牽動(dòng)(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(diǎn)考慮，一般令 及 。 最後，根據(jù)基本公式，所須的為 及的實(shí)際電路組成 我們?cè)徇^，一個(gè)三極體電路不可能使用兩個(gè)獨(dú)立電源 真實(shí)的及是以及分壓電阻及來實(shí)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(fàn)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(jì)其他的電路元件-步驟一：CE迴路的設(shè)計(jì) => 根據(jù)(C)圖一、 根據(jù)的原則，選擇，這將使得二、 讓的工作範(fàn)圍最接近橫軸的Q點(diǎn)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(jì) => BE迴路的直流設(shè)計(jì) => 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(jì)=> 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(yàn)證設(shè)計(jì) => 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(fàn)例3.4 -右圖電路裡,而,並且, , , 及又，,試做的最大擺動(dòng)設(shè)計(jì)並求最大的。-步驟一：CE迴路的設(shè)計(jì)一、 同樣選，則二、 又由於可能的，因此可讓最大擺動(dòng)的Q點(diǎn)電流將會(huì)是三、 另外，最大可能的將會(huì)是 步驟二：BE迴路的設(shè)計(jì)一、 同樣選，則根據(jù)前例的式子必須，選二、 因此， 及 步驟三：驗(yàn)證設(shè)計(jì) - 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(fù)載與直流負(fù)載不同時(shí)之電路設(shè)計(jì) CE迴路之交流阻抗 - 考慮如期之兩項(xiàng)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(fù)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(duì)放大器電路設(shè)計(jì)的影響 l使CE迴路的交流負(fù)載方 程不同於直流負(fù)載方程式l交流負(fù)載線的斜率通常大於直流負(fù)載線，因此可降低至紅色位置(即將所有負(fù)載線左移)，仍可使的擺動(dòng)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(diǎn)(Q點(diǎn))的選擇，如今有新的考慮。 具交流阻抗之CE迴路設(shè)計(jì) 基本上，對(duì)於擺動(dòng)範(fàn)圍的選擇完全按照前述步驟一的原則- 即 ，若為已知 但因?yàn)榈臄[動(dòng)範(fàn)圍如今是根據(jù)交流負(fù)載線來決定，而且

7、通常是，因此Q點(diǎn)之橫座標(biāo)()可以向左移(右圖上)- Q點(diǎn)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(jì)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(lán)色線在線性區(qū)的中點(diǎn)，這代表右圖下的Q點(diǎn)為對(duì)應(yīng)於該條直流負(fù)載線的的最大擺動(dòng)設(shè)計(jì)- 換言之，若無法預(yù)估，但、及為已定，則的最大擺動(dòng)設(shè)計(jì)可倒算如下 l 當(dāng)、及為已知，則由上式得最大擺動(dòng)設(shè)計(jì)的Q點(diǎn)為 及 l 另外，這個(gè)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(hào)放大率- 二、 但增加

8、將降低直流負(fù)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(jià)格也變高。三、 結(jié)論：又是一個(gè)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(gè)大電感似乎可以滿足所有的需求 -> 見下一節(jié)的討論- 範(fàn)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(jì)其他的電路元件-步驟一：CE迴路的設(shè)計(jì)一、 為了交流訊號(hào)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(diǎn)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(jì) - 原則上，完全遵循範(fàn)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(yàn)證設(shè)計(jì)一、 上述設(shè)計(jì)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(fàn)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(jì)的八倍，顯然不是劃算的設(shè)計(jì)。 因此已是一個(gè)足夠的設(shè)計(jì)。 將換成一個(gè)大電感來改善設(shè)計(jì)的構(gòu)想，基本上對(duì)放大率的提高