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了解靜態(tài)電流
了解靜態(tài)電流
IC 處于靜態(tài)狀態(tài)時使用的電流量稱為靜態(tài)電流。靜止?fàn)顟B(tài)是指 IC 處于無負載或非開關(guān)狀態(tài)但仍處于開啟狀態(tài)的任何時間段。當(dāng)外部負載電流為零時，靜態(tài)電流也是為低壓差 (LDO) IC 的內(nèi)部電路供電所需的電流。
靜態(tài)電流有時會被誤認為是關(guān)機電流，這是在電池仍連接到系統(tǒng)時關(guān)閉設(shè)備時汲取的電流。
靜態(tài)電流量受器件設(shè)計、輸入電壓和溫度的影響。
無負載時，IQ = IIN。IQ是指電源在待機模式下的功耗，也稱為電路的安靜狀態(tài)。當(dāng)輸入沒有循環(huán)并且電源本身沒有驅(qū)動負載時，電路會處于完全狀態(tài)。在輕負載運行期間，標(biāo)稱靜態(tài)電流會對系統(tǒng)的功率傳輸效率產(chǎn)生相當(dāng)大的影響。重要的是要保證在放大器晶體管的直流偏置期間，晶體管在傳遞給它的整個輸入信號范圍內(nèi)保持在有源區(qū)。在 V(ce)-I(c) 負載線曲線上放置一個固定的靜止點，以獲取從輸入開始的整個放大信號。靜態(tài)電流和電壓用于描述電流 I C（集電極電流）和電壓 V CE（集電極到發(fā)射極電壓）。
圖 1：放大器的負載線
具有靜態(tài)電流的放大器
飽和電流 (I S ) 對于決定靜態(tài)電流非常重要，因為對于任何類型的放大器，它都應(yīng)該是 I S的一半。中途被定義為飽和和截止之間的點。有些放大器的靜態(tài)電流為零，因為它們被設(shè)計為在沒有提供信號時被切斷，例如 B 類和 C 類。有些放大器的靜態(tài)電流非常低，例如 AB 類。靜態(tài)電流值剛好高于截止區(qū)域。為了突出一類放大器的功能范圍，在晶體管的特性曲線上繪制了一條負載線，這一切都是在晶體管耦合到特定負載電阻的狀態(tài)下完成的。這種情況的典型曲線如下圖所示：
圖 2：示例負載線顯示在晶體管特性曲線上
使用集電極電流和晶體管集電極和發(fā)射極端子兩端的電壓繪制典型的負載線。截止是一種狀態(tài)，在這種狀態(tài)下，端子上現(xiàn)在有電壓，在這種情況下電流為零。線路飽和是因為電壓為零并且左上角的電流最大。所述基極電流的實際操作場景由負載線和不同晶體管曲線交叉處的點表示。
此圖上負載線上的一個點可能表示安靜的操作條件。負載線的中間代表靜止點（Q點），如下圖所示。
圖 3：A 類靜止點（點）
當(dāng)基極電流為 40 A 時，此圖中的靜態(tài)點位于曲線上。負載電阻的變化也會影響負載線的斜率。較高的負載電阻對集電極和發(fā)射極的截止電壓沒有任何影響，而只會影響飽和時的最大集電極電流。當(dāng)繪制負載線以增加電阻時，它對右下點沒有任何影響，而左上點會根據(jù)負載而移動。
注意新的負載線如何不像之前的那樣在其平坦點接觸 75 A 曲線。重要的是要知道，在特性曲線中，飽和條件由非水平線表示。如果負載線在其水平范圍之外與 75 A 曲線相交，則放大器將在該水平的基極電流處飽和。改變負載電阻值后，負載線在這個新位置與 75 A 曲線相交，這意味著在比以前更低的基極電流值下會發(fā)生飽和。
75 A 的基極電流將導(dǎo)致與電路中舊的低值負載電阻器相似的集電極電流（基極電流乘以）。正如比率所預(yù)測的那樣，75 A 的基極電流產(chǎn)生的集電極電流幾乎是第一個負載線圖中 40 A 時產(chǎn)生的電流的兩倍。由于晶體管損失了足夠的集電極-發(fā)射極電壓來調(diào)節(jié) 75 A 和 40 A 基極電流之間的集電極電流，因此集電極電流幾乎沒有上升。
為了確保線性（無失真）功能，晶體管放大器不應(yīng)用于晶體管會飽和的區(qū)域，即負載線理論上不位于集電極電流曲線的水平部分上的位置。下圖中的圖表中添加了幾條附加曲線，以確定該晶體管在飽和前在較高基極電流下可以工作多遠。
圖 4：更多基極電流曲線揭示飽和信息
負載線上落在該曲線直線段上的最高電流點似乎是 50 A 曲線上的點。這個新點應(yīng)被視為 A 類操作的最高允許輸入信號電平。此外，對于 A 類操作，應(yīng)修改偏差，使靜止點位于截止點和新的最大值點的中間，如下圖所示。
圖 5：新的靜止點完全避開了飽和區(qū)
是時候看看一些實用的偏置方法了。為了將放大器偏置到所選的操作類別，直流（電池）和交流電源都以交流信號與直流電壓源串聯(lián)的方式連接。實際上，很難將完美調(diào)諧的電池連接到放大器的輸入端。即使可以定制電池以針對每種特定的偏置需求提供準(zhǔn)確的電壓量，它也無法持續(xù)保持該水平。當(dāng)放大器開始耗盡并且輸出電壓下降時，它開始以 B 類模式運行。
智商的后果
用于調(diào)節(jié)的 LDO 穩(wěn)壓器的 IQ 對電池壽命至關(guān)重要。由于電池壽命在很大程度上取決于運行時的負載條件，因此具有低 IQ 的 LDO 提供了一種簡單的方法來延長電池供電設(shè)備的壽命。這些微型設(shè)備不僅適用于消費電子產(chǎn)品。它們還可用于工業(yè)應(yīng)用，例如智能電表、樓宇和工廠自動化。即使設(shè)計人員有時會忽略靜態(tài)電流，將其運行幾秒鐘、幾天甚至幾年也可能對設(shè)計產(chǎn)生重大影響。
放大器的類型及其操作
A 類：A類操作是指放大器在波形周期的持續(xù)時間內(nèi)被偏置以在活動模式下運行，真實地再現(xiàn)整個波形。
B 類：在 B 類模式下，放大器被偏置，以便它可以復(fù)制輸入波形的負半部分或正半部分。在這類放大器中，晶體管一半時間處于活動模式，另一半時間處于截止模式。每當(dāng)音頻信號系統(tǒng)需要大功率放大時，就會使用互補的 B 類晶體管對。如前所述，晶體管成對工作，因此每個晶體管處理一半的波形。在輸出功率相同的情況下，B 類放大器的功率效率高于相同輸出功率的 A 類放大器。
AB類：說到AB類放大器的操作，它們位于Class和B放大器的中間。
C 類： C 類放大器只能放大一小部分波形。晶體管大部分時間都處于截止模式。諧振回路電路被廣泛用作“飛輪”，以在放大器每次“啟動”后將振蕩延長幾個周期，以便在輸出端產(chǎn)生完整的波形。在 C 類放大器中，功率效率很高，因為晶體管大部分時間都不導(dǎo)通。
D 類：用高頻方波的占空比表示瞬時輸入信號幅度的概念支持 D 類操作，這需要復(fù)雜的電路設(shè)計。輸出晶體管只有兩種工作模式：截止和飽和。當(dāng)熱能分散較少時，能源效率會提高。
為了在輸入信號上提供某些類型的操作所需的直流偏置電壓，可以使用分壓器和耦合電容器來代替與交流信號源（特別是 A 類和 C 類）串聯(lián)的電池。