功放电路的预备知识之三极管
A,B,C和AB运放需要三极管的基本知识。因此这一篇先来看看基本的三极管特性。这里带领大家入门,想了解更多三极管细节,可以自己拿起电路课本再翻翻。三极管有两种,NPN和PNP,下图详细地介绍了其电路和符号。
对于NPN来说,B和E间的偏置是CE导通的条件,导通以后,BE间就是一个二极管的压降,通常我们可以认为是0.7V。对于PNP来说,EB之间的偏执是三极管导通的前提条件。这个偏置在导通以后可以认为是0.7V恒定的电压,不随电流变化(微小的变化认为可忽略不计,不能抬扛)。在一个理解就是三极管是电流驱动型的元器件,必须有足够的电流才能让CE之间按照要求导通在放大区或者饱和区,当然对于我们功放来说要用在放大区,放大放大么。进入饱和区或者截止区就会出现失真了。
下面两个图是三极管的输入和输出工作特性,可以看出来输入就是个二极管的特性图,只是添加了温度的影响。输出特性图线可以看到标出了三个区,饱和,放大和截止区。截止很好理解,就是不工作的时候,放大通常跟三极管的自身的放大倍数有关系输出和输入成一定比例,输出图也可以看出,IB不同的时候,IC的变化情况。饱和区也就是开关区,输出不随输入变化,只是根据输出电路特性来定的,就像一个开关,理解成一个继电器。
NPN三极管的三种基本放大电路。
简单的分析一下此类电路,加了电容了好像看着挺难了。其实分成交流特性和直流特性来分析就行。直流特性好说,就是把电容给断开,电路就简化很多,这个时候求出来的也就是静态工作点(通常为Q)。交流电路分析的时候,可以认为电容就是短路的,当然你不能把直流成分计算在内,因为直流被电容隔断了,这个是电容最基本的特点。今天主要讲述第一个放大电路,其实也是个A类的功放,前面给的是示意图,这里更多的是具体电路。
三极管的共射基放大电路就是上图中的第一个,我们就以那个为例子,如果那个搞明白了,相信其余也不会有太大问题了。言归正传,还是先来看看我们刚说的那个放大电路。
第一步还是分析电路的原理,教科书上讲了很多很多的方法,估计很多人至今还没搞明白,学校教学最大的问题是老师教材把简单问题复杂化,从老师到老师的老师都没有实战经验,理论经验太足了,所以讲起来就会说等效电路法,三极管等效成电流源或者图解法等等。
理解这个电路,关键还是前面说的需要理解三极管的放大区工作。只要让三极管导通,首先VBE的电压就是0.7V,一个二极管的压降,只要控制好IBE,就能让三极管在放大区。因此对于三极管的输入而言,二极管的管压降可以认为是固定的,微小的变化忽略不计,就是通过Rb大小来调节IBE的大小,而ICE=betaIBE,这就是放大的工作原理。不要管等效了,会把人等效晕掉的。工作在放大区也就说明,VCE这个电压大于器导通电压,也就是大于0.3V。这个概念理解好了,那么就看直流分析。
IB= (UCC-0.7)/RB
IC就是针对IB这条曲线上对应的ic的值,也等于betaIB,如上图所示,这个点也是静态工作点,图中Q点。
再来看交流等效分析,也就是动态分析,也可以看作上面的直流电路图再加上一个变化。即在VB上引入一个小的变化量,比如+DeltaV。那么此时 IBE = (UCC-0.7+DeltaV)/RB,电流变化了DeltaV/RB这就有了个小的变化,同时对IC来说,变化量就是Beta倍的DeltaV/RB。体现在图形上就是如下图。
可以看出IB是uA级别的,在两个线之间变动,也就是以静态工作点在ib曲线的正负DeltaV/RB之间。而IC是mA级别,在静态工作点上沿ic这个坐标上下变动Beta倍DeltaV/RB。这样就实现了放大功能。是不是终于理解了这个图的含义。这里的分析忽略了三极管的内阻,当成一个理想的三极管来看的。这里简单提一句静态工作点,静态工作点,也就是为变化量选择的一个中心点,变化就是围绕这个中心点上下波动的。
好了,基本的运放电路到这里也就差不多了,有没有明白点呢?欢迎留言提出疑问,后面分析A,B,C和AB功放电路。相信通过后面电路的分析,对三极管会有更多的理解和认识。
在来电题外话,从网上找了几张图片来继续了解电流,我来用水流和电流做个比喻。
先来看第一张图片,一个人在浇地。浇地没干过,估计大家都有过用水管玩水的经历吧。上面来水量一定的时候,后面的人通过捏这个管子可以变化输出,当然最大值就是管子顺的情况下。电流也是如此,如果电源的电流一定的情况下,那么通过加个电阻来调节电流的大小,路窄了就慢,路宽了就快么,所以叫电路也很合理。这个有点像通过负载的变化,影响了电流大小。比如一个10W的灯泡和一个20W的灯泡,由于灯泡阻抗的差别,流过的电流并不一样。
另一种情况就是输出的路径是最大的,但是我也可以从源头上通过调整电流的大小使得输出电流变化。比如水泵这个,改变发动机的马力,那么输出就会相应的变化,这个时候输出的阻力并没有增大。举个例子,同样给手机充电,是不是用电脑的USB充电的时候很慢,而用充电器的时候就快很多呢。原因就是源头提供的电流不同。电脑的usb通常是0.5A,而充电器通常是1A以上。
这两个点理解好了,对于三极管电路非常有帮助。
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怀旧!怀旧!你还记得曾经的5G37音频功放IC吗
前几天,一个老无线电爱好者给了我一些他自己收藏多年的古老电子元件,其中有一个型号为5G37的音频功放IC还是首次见到,不知有没有使用过这款功放IC的朋友?经查资料,5G37为上海无线电五厂生产的一款OTL音频功放IC,其在上世纪八十年代生产的一些黑白电视机中常作为音频功放,当时亦有些扩音机中使用两块5G37组成功率较大的BTL功放电路。▲ 5G37音频功放IC的外形。
从图中可见,这款音频功放IC有8个引脚,输出功率只有2W,两侧却带了面积较大的散热片,远不如意大利SGS公司生产的TDA2822M小巧。▲ 5G37构成的OTL音频功放电路。
上图为5G37构成的OTL音频功放电路。5G37的工作电压范围为6~18V,在电源电压为18V时,静态电流为30mA,此时若RL为8Ω,则输出功率为2W。5G37的②脚为音频信号输入端,其输入阻抗>20KΩ。▲ 5G37内部等效电路。
从上图可见,当时生产的音频功放IC的集成度很低,与三极管分立元件组成的音频功放电路差不多。▲ 5G37功放电路板。
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