運算放大器偏置電阻的計算

由于各級電路的電路形式以及增益不同，故等效的RC時間常數(shù)也不同。輸出級為電壓跟隨器形式。其增益最低，但帶寬最寬(即RC低通截止頻率最高)。即RC時間常數(shù)最小。

運算放大器在輸入為0V的時候，輸出不一定為0V，可能幾十uV到幾mv，這個叫做運算放大器的直流偏置，如果放大倍數(shù)比較大的話，這個直流偏置也會被放大，為了消除直流偏置，在運放的電源端和輸入端加一個幾M的電阻，或者有的運放本身就有調零端Voffset，接上一個電阻用于抵消直流偏置，這個電阻就叫做偏置電阻。

放大電路的核心元件是三極管，所以要對三極管要有一定的了解。用三極管構成的放大電路的種類較多，我們用常用的幾種來解說一下。圖1是一共射的基本放大電路，一般我們對放大路要掌握些什么內(nèi)容?

(1)分析電路中各元件的作用;

(2)解放大電路的放大原理;

(3)能分析計算電路的靜態(tài)工作點;

(4)理解靜態(tài)工作點的設置目的和方法。

圖1

偏置電阻的計算

圖1中，C1、C2為耦合電容，耦合就是起信號的傳遞作用，電容器能將信號信號從前級耦合到后級，是因為電容兩端的電壓不能突變，在輸入端輸入交流信號后，因兩端的電壓不能突變因，輸出端的電壓會跟隨輸入端輸入的交流信號一起變化，從而將信號從輸入端耦合到輸出端。但有一點要說明的是，電容兩端的電壓不能突變，但不是不能變。

R1、R2為三極管V1的直流偏置電阻，什么叫直流偏置？簡單來說，做工要吃飯。要求三極管工作，必先要提供一定的工作條件，電子元件一定是要求有電能供應的了，否則就不叫電路了。

在電路的工作要求中，第一條件是要求要穩(wěn)定，所以，電源一定要是直流電源，所以叫直流偏置。為什么是通過電阻來供電？電阻就象是供水系統(tǒng)中的水龍頭，用調節(jié)電流大小的。所以，三極管的三種工作狀態(tài)“：載止、飽和、放大”就由直流偏置決定，在圖1中，也就是由R1、R2來決定了。

首先，我們要知道如何判別三極管的三種工作狀態(tài)，簡單來說，判別工作于何種工作狀態(tài)可以根據(jù)Uce的大小來判別，Uce接近于電源電壓VCC，則三極管就工作于載止狀態(tài)，載止狀態(tài)就是說三極管基本上不工作，Ic電流較小(大約為零)，所以R2由于沒有電流流過，電壓接近0V，所以Uce就接近于電源電壓VCC。

若Uce接近于0V，則三極管工作于飽和狀態(tài)，何謂飽和狀態(tài)？就是說，Ic電流達到了最大值，就算Ib增大，它也不能再增大了。

以上兩種狀態(tài)我們一般稱為開關狀態(tài)，除這兩種外，第三種狀態(tài)就是放大狀態(tài)，一般測Uce接近于電源電壓的一半。若測Uce偏向VCC，則三極管趨向于載止狀態(tài)，若測Uce偏向0V，則三極管趨向于飽和狀態(tài)。

靜態(tài)工作點的設置目的和方法

放大電路，就是將輸入信號放大后輸出，(一般有電壓放大，電流放大和功率放大幾種，這個不在這討論內(nèi))。先說我們要放大的信號，以正弦交流信號為例說。在分析過程中，可以只考慮到信號大小變化是有正有負，其它不說。上面提到在圖1放大電路電路中，靜態(tài)工作點的設置為Uce接近于電源電壓的一半，為什么?

這是為了使信號正負能有對稱的變化空間，在沒有信號輸入的時候，即信號輸入為0，假設Uce為電源電壓的一半，我們當它為一水平線，作為一個參考點。當輸入信號增大時，則Ib增大，Ic電流增大，則電阻R2的電壓U2=Ic&TImes;R2會隨之增大，Uce=VCC-U2，會變小。U2最大理論上能達到等于VCC，則Uce最小會達到0V，這是說，在輸入信增加時，Uce最大變化是從1/2的VCC變化到0V。

同理，當輸入信號減小時，則Ib減小，Ic電流減小，則電阻R2的電壓U2=Ic&TImes;R2會隨之減小，Uce=VCC-U2，會變大。在輸入信減小時，Uce最大變化是從1/2的VCC變化到VCC。這樣，在輸入信號一定范圍內(nèi)發(fā)生正負變化時，Uce以1/2VCC為準的話就有一個對稱的正負變化范圍，所以一般圖1靜態(tài)工作點的設置為Uce接近于電源電壓的一半。

要把Uce設計成接近于電源電壓的一半，這是我們的目的，但如何才能把Uce設計成接近于電源電壓的一半？這就是手段了。

這里要先知道幾個東西，第一個是我們常說的Ic、Ib，它們是三極管的集電極電流和基極電流，它們有一個關系是Ic=β&TImes;Ib，但我們初學的時候，老師很明顯的沒有告訴我們，Ic、Ib是多大才合適？這個問題比較難答，因為牽涉的東西比較的多，但一般來說，對于小功率管，一般設Ic在零點幾毫安到幾毫安，中功率管則在幾毫安到幾十毫安，大功率管則在幾十毫安到幾安。

在圖1中，設Ic為2mA，則電阻R2的阻值就可以由R=U/I來計算，VCC為12V，則1/2VCC為6V，R2的阻值為6V/2mA，為3KΩ。Ic設定為2毫安，則Ib可由Ib=Ic/β推出，關健是β的取值了，β一般理論取值100，則Ib=2mA/100=20#A，則R1=(VCC-0.7V)/Ib=11.3V/20#A=56.5KΩ，但實際上，小功率管的β值遠不止100，在150到400之間，或者更高，所以若按上面計算來做，電路是有可能處于飽和狀態(tài)的，所以有時我們不明白，計算沒錯，但實際不能用，這是因為還少了一點實際的指導，指出理論與實際的差別。這種電路受β值的影響大，每個人計算一樣時，但做出來的結果不一定相同。也就是說，這種電路的穩(wěn)定性差，實際應用較少。但如果改為圖2的分壓式偏置電路，電路的分析計算和實際電路測量較為接近。

圖2

偏置電阻的計算

在圖2的分壓式偏置電路中，同樣的我們假設Ic為2mA，Uce設計成1/2VCC為6V。則R1、R2、R3、R4該如何取值呢？計算公式如下：因為Uce設計成1/2VCC為6V，則Ic&TImes;(R3+R4)=6V;Ic≈Ie?？梢运愠鯮3+R4=3KΩ，這樣，R3、R4各是多少？

一般R4取100Ω，R3為2.9KΩ，實際上R3我們一般直取2.7KΩ，因為E24系列電阻中沒有2.9KΩ，取值2.7KΩ與2.9KΩ沒什么大的區(qū)別。因為R2兩端的電壓等于Ube+UR4，即0.7V+100Ω×2mA=0.9V，我們設Ic為2mA，β一般理論取值100，則Ib=2mA/100=20#A，這里有一個電流要估算的，就是流過R1的電流了，一般取值為Ib的10倍左右，取IR1200#A。則R1=11.1V/200#A≈56KΩR2=0.9V(/200-20)#A=5KΩ；考慮到實際上的β值可能遠大于100，所以R2的實際取值為4.7KΩ。這樣，R1、R2、R3、R4的取值分別為56KΩ，4.7KΩ，2.7KΩ，100Ω，Uce為6.4V。

在上面的分析計算中，多次提出假設什么的，這在實際應用中是必要的，很多時候需要一個參考值來給我們計算，但往往卻沒有，這里面一是我們對各種器件不熟悉，二是忘記了一件事，我們自己才是用電路的人，一些數(shù)據(jù)可以自己設定，這樣可以少走彎路。

審核編輯：湯梓紅