嵌入式工程師成長之路 系列文章 總目錄

系列文章總目錄

希望本是無所謂有，無所謂無的，這正如腳下的路，其實地上本沒有路，走的人多了，也便成了路

原創(chuàng)不易，文章會持續(xù)更新，歡迎微信掃碼關注公眾號

承接 小程序 / 嵌入式 / PC端項目開發(fā)，聯(lián)系作者

運算放大器知識已總結完畢：

【專題2：電子工程師 之 硬件】 之 【49.運算放大器詳解a - 三極管的放大作用和靜態(tài)工作點】

【專題2：電子工程師 之 硬件】 之 【50.運算放大器詳解b - 負反饋電路、正反饋電路和共模干擾】

【專題2：電子工程師 之 硬件】 之 【51.運算放大器詳解c - 差分放大電路】

【專題2：電子工程師 之 硬件】 之 【52.運算放大器詳解d - 運放的內部結構】

【專題2：電子工程師 之 硬件】 之 【53.運算放大器詳解e - 運算放大器虛短和虛斷】

【專題2：電子工程師 之 硬件】 之 【54.運算放大器詳解f - 運算放大器電路分析方法】

【專題2：電子工程師 之 硬件】 之 【55.運算放大器詳解g - 應用案例：將傳感器信號進行放大】

1.三極管的工作狀態(tài)

（1）當a點流過一個大于1mA的電流時，Q1完全導通，Ic為Ib的β倍。三極管完全飽和（完全導通）也是一種放大，將Ib電流放大了β倍。

但這種狀態(tài)下的三極管是飽和的，Ic已經達到最大了。假設β為200，當Ib為10mA時，Ic是200mA；那如果Ib為20mA，Ic是多少呢？Ic并不是400mA，而是200mA。

當三極管b極流入一個信號源，并且信號源的電流在1mA以下時，三極管工作在真正的放大區(qū)，盡管放大倍數(shù)不是很大，但輸出波形確實是輸入波形的放大。

假設β為100，如果信號源的電流大于1mA，那Ic輸出的電流都是100mA，信號出現(xiàn)失真。
?

2.三極管放大狀態(tài)下輸入與輸出波形

（1）輸入信號只有在1mA以下時，三極管的輸出波形才和輸入波形一致，信號不會失真。

（2）放大了β倍是指Ic的電流是Ib電流的放大，但是b點通過電阻R2輸出的是電壓信號，并且最大值為電源電壓。

Va最大為10mV，Vb最大為15V，并且兩者波形完全一致（相位相反），這確實是放大了。

（3）輸入波形和輸出波形的相位相反。

?

3.三極管的放大倍數(shù)β

放大倍數(shù)β不是定值，如果Ic電流太大，β就會減小；如果Ib電流太小，β也會減小，只有當Ic在一定的范圍內時，三極管的放大倍數(shù)β才最大并且穩(wěn)定。

思考：當三極管工作在放大狀態(tài)時，為什么一定要讓β盡可能穩(wěn)定?

如果β不穩(wěn)定，隨時都在變化，則Ic也會不穩(wěn)定，輸出波形也會錯亂（信號失真）。

譬如當β為10時，Ib為0.5mA對應的Ic電流為5mA，b點輸出電壓為5V；當β為5時，Ib為1mA對應的Ic電流還是為5mA，b點輸出電壓也為5V，此時放大就失真了，所以只有當β盡可能不變時，信號放大才有意義。

總結：
我們希望在三極管放大狀態(tài)下，β盡可能保持不變，即Ic的電流不能過大也不能過小，此時b點輸出放大了的電壓信號就不會失真。
?

4.三極管的靜態(tài)工作點

（1）為了讓輸出信號不會失真，要讓β近似為一個常數(shù)。要讓β為一個常數(shù)，則Ic的大小就要在一個合適的范圍內，也就是Ib的大小要在一個合適的范圍內。

譬如Ib為10uA~500uA時，β基本不變，信號不會失真。Ib大于500uA或小于10uA時，β都會變化，信號會失真。要放大的信號一般是正弦信號，正弦信號一定有一段時間，Ib是在10uA以下的，也就是Ib的最小值不好限制。Ib的最大值可以通過加大電阻R1來限制，使Ib一定小于500uA。正弦信號有一部分信號還是會失真。

思考：解決信號在10uA以下時，放大信號失真的問題？
不管Ib是否存在，都讓三極管工作在一個最理想的狀態(tài)下（β為常數(shù)的狀態(tài)）。在b極加一個電流Ibq，該電流能讓三極管工作在一個最好的放大狀態(tài)下，當有輸入信號Ib時，輸入信號是騎在Ibq上的。

（2）在沒有信號輸入時，讓三極管工作在最好的放大狀態(tài)下的Ibq電流，稱為該三極管的靜態(tài)工作點。輸入信號都是騎在靜態(tài)工作點電流上的，即使輸入信號很小（傳感器的輸出信號都很小），所以也不會對Ic造成太大的波動，β基本維持不變。

（3）所謂靜態(tài)，是指沒有信號輸入的時候。

（4）電路原理圖

當a點沒有信號輸入時，+15V經過R2和R4分壓，在c點會形成一個電壓Vc。Vc所形成的電流流過三極管時，剛好能讓三極管工作在靜態(tài)工作點；此時三極管處于最好的放大狀態(tài)，β值不會變。

總結：
（1）將R2和R4組成的電路，稱為偏置電路。

（2）偏置電路的目的：當沒有電流流過b極時（三極管處于靜態(tài)時），讓三極管b極和e極之間有一個電流流過，并且該電流大小就是靜態(tài)工作點所需的電流大小，讓三極管處于一個最好的放大狀態(tài)。

?

5.思考：為什么要在B極加一個電容C1？

因為有靜態(tài)工作點偏置電路，所以b極一直有一個電壓，該電壓由R4和R2分壓而來，該電壓會影響輸入信號。怎么影響？

當輸入信號為0V時，c點的電流流向如下圖。

但輸入信號大于c點電壓時，c點的電流流向如下圖。

因為c點的電流方向都發(fā)生變化了，所以在有輸入信號和沒有輸入信號時，c點的電壓肯定是不同的。即靜態(tài)工作點不穩(wěn)定，信號會發(fā)生畸變失真。所以需要加一個電容，起到隔直通交的作用。因為靜態(tài)工作點的供電電壓是直流電，不會通過該電容，電流方向如下：

（1）沒有輸入信號時，c點的電流流向：

（2）有輸入信號時，c點的電流流向：

由圖可知，不管有無輸入信號，都可以保證靜態(tài)工作點不變。由直流電壓提供的Vc（靜態(tài)工作點電壓）都不會變，而輸入交流信號僅僅只是騎在該直流電流上的，輸入信號都是靜態(tài)工作點電流附近的電流，三極管依舊工作在最好的放大狀態(tài)下。
?

6.電容能通交流的本質

輸入下圖所示交流信號

（1）信號從a點上升到b點的過程中，電壓逐漸增大，對電容逐漸充電，電流是從左往右的，這里的從左往右不是電流（電荷）真的穿過電容，從正端流過負端。

而是，信號給電容充電，充電的過程就有電荷的移動，就會產生電流，電流的方向和正電荷移動的方向一致，就等價于有電流從電容的正端流過電容的負端。

（2）信號從c點降低到d點的過程中，電容正端的電壓比信號電壓更大，所以信號不會再給電容進行充電，而是電容對信號進行放電，放電的過程，電荷是從電容的正端流回信號源的，即正電荷移動的方向為從右往左，同樣等價于有電流從右往左移動。

總結：
所謂電容的通交流，指的是交流電給電容充放電的過程，由于該過程有電荷的移動，所以就等價于有電流流動。電容充電過程，電流由左往右；電容放電過程，電流由右往左。就等價于電容可以通過交流電。

注意：
在三極管c極和負載之間也需要加一個電容C2，讓直流信號不會輸出來，如下圖。

在分析電路的時候，如果是交流信號，當遇到電容時，直接短路；如果是直流信號，遇到電容時，直接斷路。
?

總結

以上是生活随笔為你收集整理的【专题5：硬件设计】 之 【49.运算放大器详解a - 三极管的放大作用和静态工作点】的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網站內容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。