晶体三极管放大电路静态工作点稳定的重要性讲解2

大家好！我是张飞实战电子郭嘉老师，今天给大家分享晶体三极管放大电路静态工作点稳定的重要性讲解2。

静态工作点一般在三极管放大电路中，三极管静态工作点是指交流信号为0时，三极管处于直流放大状态，得到的电流、电压的数值可用晶体管特性曲线上一个确定的点表示，这个点习惯上称为“静态工作点Q” 。工程师设置静态工作点的目的就是让放大的交流信号加入到这个放大电路中时，无论是上半周还是下半周都能满足三极管be的正偏电压。Ce反向偏置的三极管放大状态。

静态工作点不但决定了电路是否会产生失真，而且还影响其电流放大倍数、输入电阻等动态参数。实际上，电源电压的波动、元件的老化以及因温度变化引起的晶体三极管参数的变化，都会造成静态工作点的不稳定，从而使动态参数不稳定，有时电路无法正常工作。在引起Q点诸多不稳定因素当中，温度对晶体管的参数的影响是最为重要的。

绿线是20℃时的输出特性曲线，蓝线为40℃时的输出特性曲线，从图可知，当环境温度升高时，晶体管的电流放大倍数β增大，穿透电流Iceo也会随之增大。这一现象集中表现为Icq明显增大，共射电路中晶体管的压降Uce将减小，Q点会沿着直流负载线上移动到Q’，向饱和区变化，而要想使之回到原来位置，必须要减小基极电流Ibq。可以想想，当温度降低时，Q点将沿直流负载线下移，向截止区变化，要想使之基本不变，则必须增大Ibq。

由此可见，所谓的稳定的Q点，通常是指在环境温度变化时静态工作集电极电流Icq和管压降Uceq基本不变，即Q点在晶体管输出特性坐标平面中的位置基本不变，而且必须依靠Ibq的变化来抵消Icq和Uceq的变化。常用引入直流负反馈或温度补偿的方法使Ibq在温度变化时产生与Icq相反的变化。

图（1） 直接耦合电路   图（2）：图（1）和图（3）直流通路

图（3）阻容耦合电路

上图是典型的静态工作点稳定电路，1、电路组成和Q点稳定电路的原理,图（1）为直接耦合电路；图（2）：图（1）和图（3）有相同的直流通路；图（3）阻容耦合方式

在图（2）所示的电路中，节点B的电流方程为，I2=I1+Ibq，为了稳定Q点，通常使参数的选取满足I1》Ibq，因此I2≈I1，B点电位为Ubq≈Rb1*VCC/（Rb1+Rb2）,从这个世子可以看出，基极的电位几乎仅决定Rb1与Rb2对VCC的分压，而与环境温度无关，即当温度变化时Ubq基本不变。

当温度升高时，集电极Ic电流增大，必然Ie电流也会相应的增大，因而三极管发射极的负反馈电阻Re上的电压Ue也会随之增大。Q3三极管的be两端压降减小，即Vbe减小，Ib减小，Ic必然也会相应的减小，这样就实现了负反馈，因此Ubq基本不变。而Ube=Ub-Ue，所以Ube必然减小，导致Ib基极电流减小，Ic也会随之相应的减小。结果就是，Ic随着温度升高而增加的部分几乎被由于Ib减小的部分相抵消了，Ic基本不变，Uce也将基本不变，从而Q点在三极管的输出特性坐标平面上基本保持不变。可将上述过程简写为：

当温度降低时，各物理量向相反方向变化，Ic和Uce基本不变。不难看出，在反馈过程中，负反馈电阻Re，起到至关重要的作用。当晶体三极管的输出回路电流Ic变化时，通过Re两端的压降变化来影响b-e间的电压，从而使Ib向相反方向变化，达到稳定Q点的目的。这种讲输出量Ic通过一定的方式，利用Re将Ic的变化转换成电压的方式，引回到输入回路影响输入量Ube的措施就叫反馈。由于反馈的结果对输出量的变化减小，顾称作负反馈。又由于反馈出现在直流通路中，故称为直流负反馈。Re为直流负反馈电阻。

静态工作点的估算：

Ii>>Ibq，    Ubq=VCC*Rb1/（Rb1+Rb2）,

发射极电流Ibq=（Ubq-Ubeq）/Re

由于Icq=Ieq，管压降Uceq≈VCC-Icq（Rc+Re）

基极电流  Ibq=Ieq/(1+β)

此时应当指出，不管电路参数是否满足Ii>>Ibq,Re的负反馈作用都是存在的。利用戴维南定理可知，

Vbb=VCC*Rb1/（Rb1+Rb2）,Rb=Rb1//Rb2，列输入回路方程，Vbb=Ibq*Rb+Ubeq+IeqRe，可得Ieq=（Vbb-Ube）/（Rb/（1+β）+Re），当Re>>Rb/（1+β），即（1+β）Re>>Rb时，Ieq的表达式与（1+β）Re与Rb1和Rb2的大小关系来判断Ii>>Ibq。

晶体三极管放大电路静态工作点稳定的重要性讲解1

大家好！我是张飞实战电子郭嘉老师，今天给大家分享晶体三极管放大电路静态工作点稳定的重要性。

静态工作点不但决定了电路是否会产生失真，而且还影响其电流放大倍数、输入电阻等动态参数。实际上，电源电压的波动、元件的老化以及因温度变化引起的晶体三极管参数的变化，都会造成静态工作点的不稳定，从而使动态参数不稳定，有时电路无法正常工作。在引起Q点诸多不稳定因素当中，温度对晶体管的参数的影响是最为重要的。

绿线是20℃时的输出特性曲线，蓝线为40℃时的输出特性曲线，从图可知，当环境温度升高时，晶体管的电流放大倍数β增大，穿透电流Iceo也会随之增大。这一现象集中表现为Icq明显增大，共射电路中晶体管的压降Uce将减小，Q点会沿着直流负载线上移动到Q’，向饱和区变化，而要想使之回到原来位置，必须要减小基极电流Ibq。可以想想，当温度降低时，Q点将沿直流负载线下移，向截止区变化，要想使之基本不变，则必须增大Ibq。

由此可见，所谓的稳定的Q点，通常是指在环境温度变化时静态工作集电极电流Icq和管压降Uceq基本不变，即Q点在晶体管输出特性坐标平面中的位置基本不变，而且必须依靠Ibq的变化来抵消Icq和Uceq的变化。常用引入直流负反馈或温度补偿的方法使Ibq在温度变化时产生与Icq相反的变化。

  图（1） 直接耦合电路            图（2）：图（1）和图（3）直流通路

图（3）阻容耦合电路

上图是典型的静态工作点稳定电路，1、电路组成和Q点稳定电路的原理,图（1）为直接耦合电路；图（2）：图（1）和图（3）有相同的直流通路；图（3）阻容耦合方式

在图（2）所示的电路中，节点B的电流方程为，I2=I1+Ibq，为了稳定Q点，通常使参数的选取满足I1》Ibq，因此I2≈I1，B点电位为Ubq≈Rb1*VCC/（Rb1+Rb2）,从这个世子可以看出，基极的电位几乎仅决定Rb1与Rb2对VCC的分压，而与环境温度无关，即当温度变化时Ubq基本不变。

当温度升高时，集电极Ic电流增大，必然Ie电流也会相应的增大，因而三极管发射极的负反馈电阻Re上的电压Ue也会随之增大。Q3三极管的be两端压降减小，即Vbe减小，Ib减小，Ic必然也会相应的减小，这样就实现了负反馈，因此Ubq基本不变。而Ube=Ub-Ue，所以Ube必然减小，导致Ib基极电流减小，Ic也会随之相应的减小。结果就是，Ic随着温度升高而增加的部分几乎被由于Ib减小的部分相抵消了，Ic基本不变，Uce也将基本不变，从而Q点在三极管的输出特性坐标平面上基本保持不变。可将上述过程简写为：

当温度降低时，各物理量向相反方向变化，Ic和Uce基本不变。不难看出，在反馈过程中，负反馈电阻Re，起到至关重要的作用。当晶体三极管的输出回路电流Ic变化时，通过Re两端的压降变化来影响b-e间的电压，从而使Ib向相反方向变化，达到稳定Q点的目的。这种讲输出量Ic通过一定的方式，利用Re将Ic的变化转换成电压的方式，引回到输入回路影响输入量Ube的措施就叫反馈。由于反馈的结果对输出量的变化减小，顾称作负反馈。又由于反馈出现在直流通路中，故称为直流负反馈。Re为直流负反馈电阻。

新能源汽车旋转变压器驱动电路讲解3

大家好！我是张飞实战电子的郭嘉老师，这篇文章聊一聊新能源汽车旋转变压器驱动电路讲解。

图（1）  旋变器的缓冲驱动电路

Q1和Q2管在Ui的作用下，其输入特性的中的图解分析如图3所示：

图（2）  输入特性的中的图解分析

图（3）  旋变解码芯片AD2S1210的典型电路

AD2S1210 采用 5 V 电源供电，输出缓冲电路要求 12 V 电源（图1所示），以便向旋变器提供所需的差分信号幅度。

图（1）部分图：缓冲驱动电路

图 1 所示为 AD2S1210、AD8662 和相关电路的原理图，其中包括一个推挽输出级，它能够向旋变器提供所需的电源。本电路的优势之一是当不存在信号时，输出晶体管只需要少量静态电流。AD2S1210 的激励输出通常在EXC和/EXC输出端提供 3.6 Vp-p正弦信号，这将产生一个 7.2 V p-p差分信号。汽车旋变器的典型转换比为 0.286。因此，如果将一个单位增益缓冲器配合 AD2S1210 使用，则旋变器输出的幅度约为差分2 V p-p。这种信号的幅度不足以满足 AD2S1210 的输入幅度要求。理想情况下，正弦和余弦输入应具有差分 3.15 V p-p 的幅度，因此缓冲器级应提供约 1.5 的增益。

图 1 所示激励缓冲器的增益通过电阻 R1 和 R2 设置。在电路测试期间，R1 和 R2 电阻的值分别为 10 kΩ 和 15.4 kΩ，对应的增益为 1.54。电阻 R3 和 R4 设置放大器的共模电压 VCM(2) = +3.75 V。激励输出的共模电压 VCM(1) = +2.5 V（中间电源电压），差分电压VPP(1)=3.6V。因此，缓冲器输出共模电压 VCM(OUT)约为+5.7 V（+12 V 电源的大约一半）,VPP(out)=5.54V。

2.2 kΩ 电阻为推挽电路输入端的二极管 D1、D2 提供偏置电流，并确立该侧的静态电流。D1 和 Q1 上的电压(VBE)应保持一致，D2 和 Q2 上的电压(VBE)应保持一致。3.3 Ω 电阻和 4.7 Ω 电阻上的电压也应保持一致。选择运算放大器 AD8662 是为了满足推挽输出级的驱动要求。旋变器和 RDC 转换器往往用于恶劣环境中，因此一般需要能够在扩展温度范围（−40°C 至+125°C）工作的器件。该运放应提供 2 MHz 以上的带宽，输入失调电压应小于 1 mV。注意不得在 0 V 附近向信号引入失真，因为该失真可能无法被旋变器本身滤除。确保无失真的方法是设置输出晶体管的偏置，使得过零时仍然有足够的电流来维持线性。

新能源汽车电流传感器的采样电路的讲解

分流器是根据检测直流电流通过电阻时在电阻两端产生电压的原理构建的。分流器属于直接式检测法，测量电流的上限一般不能太大，最大30A，如果超过30A检流电阻的压降会很大，，散热处理比较困难或者散热成本大大增加。电阻上直接得到的电压信号是模拟量值很小的模拟信号，还需外接放大电路将信号放大，再通过ADC转化为数字信号。如下图所示：R544和R545实现电流检就叫做分流检测。

开环电流传感器：

霍尔电流传感器是 根据霍尔效应制作的一种磁场传感器，属于间接测量，可以测量各种类型的电流，从直流到几十干赫兹的交流。霍尔电流传感器包括开环式和闭环式两种，高精度的霍尔电流传感器大多属于闭环式，闭环式霍尔电流传感器基于磁平衡式霍尔原理，即闭环原理，当原边电流 IP 产生的磁通通过高品质磁芯集中在磁路中，霍尔元件固定在气隙中检测磁通，通过绕在磁芯上的多匝线圈输出反向的补偿电流.用干抵消原边 IP 产生的磁通、使得磁路中磁通台终保持为零。经过特殊电路的处理，传感器的输出端能物输出精确反映原边电流的变化。

霍尔电流传感器只需外接正负直流电源，被测电流母线从传感器中穿过，即可完成主电路与控制电路的隔离检测，简化了电路设计。霍尔电流传感器的输出信号是副边电流 IS，它与输入信号（原边电流 IP）成正比， IS一般很小，只有几十到几百毫安。如果输出电流经过测量电阻 Rm，则可以得到一个与原边电流成正比的大小为几伏的电压信号，经A/D转换，可方便地与计算机和各种仪表接口。

霍尔电流传感器具有优越的电性能，是一种先进的、能隔离主电路回路和电子控制电路的电测量元件。它综合了互感器和分流器的所有优点，同时又克服了互感器和分流器的不足。具有精度高、线性好、响应快的优点，但此方法易受干扰，不适合在复杂的工作环境和电气环境中使用，同时元器件也易损坏。

本章重点讲解开环电流传感器：

LEM这款用于直流电子测量，汽车用的大功率、低压交流或脉冲电流信号与BMS主电流回路之间的高低压分离电路，也就是说大功率电路与低压部分隔离，在设计电路中可以选择不通量程的电流传感器，满足不同电驱动对电流测试的要求。

比例测量电流传感器的性能和主要特点：

1、采用霍尔效应的开环传感器

2、实现高压与低压隔离，可以把信号输出给低压电路直接采样

3、电流传感器的供电电源是直流+5V

4、单次电流测量范围+-800A，可以根据不同的功率要求去选择

5、输出电压：全比例输出

新能源汽车旋转变压器驱动电路讲解5

大家好！我是张飞实战电子的郭嘉老师，这篇文章继续聊一聊新能源汽车旋转变压器驱动电路讲解。

旋变驱动电路怎么选择驱动管Q1和Q2

在功率放大电路中，应根据晶体管所承受的最大管压降Vces、集电极最大的电流Icm和最大的功耗来选择晶体管。

1、最大的管压降

从OCL电路工作原理的分析可知，两只功放管中Q1和Q2处于截至状态的管子将承受较大的管压降。假设输入电压Ui为正半周，Q1导通，Q2截至，当Ui从0开始增加到峰值时，Q1和Q2管的发射极电位Ve逐渐增加到（VCC-Vces1），因为Q2管的管压降Vec2的数值 Vec2=（Ve-0）=Ve，Vce2max=Vcc-Vces1.利用同样的分析方法去分析，可得：

当Ui为负的峰值时，Q1管承受最大的管压降，数值为VCC-Vces2.所以考虑要预留一定的余量，管子承受最大的压降为/Vcemax/=Vcc。

2、集电极最大电流

  从电路最大输出功率的分析可知，晶体管的发射极电流等于负载电流，负载电阻上的的最大电压为Vcc-Vces1，故集电极电流的最大值为：

Ic≈Iemax=（Vcc-Vces1）/RL

考虑留有一定余量

Icmax=Vcc/RL

3、集电极最大功率

  在功率放大电路中，电源提供的功率，除了转换输出功率外，其余部分主要消耗在功率管Q1和Q2上，可以认为晶体管所损耗的功率Pq=Pv-Po。当输入电压为2.5v时，即输出功率最小时，由于集电极电流非常小，使管子的损耗很小；当输入电压最大时，即输出功率最大，由于管子压降很小，使管子的损耗也很小；可见，管耗最大既不会发生在电压电压最小时，也不会发生在输入电压最大时。下面列出了晶体管的集电极功耗Pq与输出电压峰值Vom的关系，然后对Vom求管压降和集电极电流瞬时值的表达式：

Vce=（Vcc-Vomsinwt），Ic=Vom/RL*sinwt

功耗Pq为功放管Q1和Q2管所损耗的平均功率，所以每只晶体管的集电极功耗表达式为：

瞬时最大的管压降*瞬时的电流 再求平均

=1/RL(Vcc*Vom/Π-Vom^2/4)

假设dPq/dVom=0，可以求得，Vom=2/Π*Vcc≈0.6Vcc。

以上分析表明，当Uom≈0.6Vcc时，Pq=Pqmax。  将Uom代入Pq==1/RL(VccUom/Π-Uom^2/4)  

Pqmax=Vcc^2/Π^2RL

当Vces=0时，根据Pom=Vom^2/RL=Vcc^2/2RL

Pqmax=2*Pom/Π^2≈0.2Pom/Uces=0

可见，晶体管集电极最大功耗仅为理想（饱和压降为0）时最大输出功率的五分之一。

查询手册选择晶体管时，应使用极限参数

Vbrceo>Vcc

Icm>Vcc/RL

Pcm>0.2Pom/Vces=0, Pcm集电极功耗

这里仍需要强调的，在选择晶体管时，其极限参数，特别是Pcm应留一定的余量，并且严格按照手册PCBlayout或安装散热片。

图（2）消除交越失真的OCL电路

图（3.1）  输入特性的中的图解分析

当输入电压足够大，且有不产生饱和失真时，电路的分析如下图3.2所示：图中的I区为Q1的输出特性，II区为Q2的输出特性。