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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(shí)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(fù)載或非開關(guān)狀態(tài)但仍處于開啟狀態(tài)的任何時(shí)間段。當(dāng)外部負(fù)載電流為零時(shí)，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(shí)會(huì)被誤認(rèn)為是關(guān)機(jī)電流，這是在電池仍連接到系統(tǒng)時(shí)關(guān)閉設(shè)備時(shí)汲取的電流。
靜態(tài)電流量受器件設(shè)計(jì)、輸入電壓和溫度的影響。
無負(fù)載時(shí)，IQ = IIN。IQ是指電源在待機(jī)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(dòng)負(fù)載時(shí)，電路會(huì)處于完全狀態(tài)。在輕負(fù)載運(yùn)行期間，標(biāo)稱靜態(tài)電流會(huì)對(duì)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(gè)輸入信號(hào)范圍內(nèi)保持在有源區(qū)。在 V(ce)-I(c) 負(fù)載線曲線上放置一個(gè)固定的靜止點(diǎn)，以獲取從輸入開始的整個(gè)放大信號(hào)。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(fù)載線
具有靜態(tài)電流的放大器
飽和電流 (I S ) 對(duì)于決定靜態(tài)電流非常重要，因?yàn)閷?duì)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(diǎn)。有些放大器的靜態(tài)電流為零，因?yàn)樗鼈儽辉O(shè)計(jì)為在沒有提供信號(hào)時(shí)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(fù)載線，這一切都是在晶體管耦合到特定負(fù)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(fù)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(fù)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?yàn)殡妷簽榱悴⑶易笊辖堑碾娏髯畲?。所述基極電流的實(shí)際操作場(chǎng)景由負(fù)載線和不同晶體管曲線交叉處的點(diǎn)表示。
此圖上負(fù)載線上的一個(gè)點(diǎn)可能表示安靜的操作條件。負(fù)載線的中間代表靜止點(diǎn)（Q點(diǎn)），如下圖所示。
圖 3：A 類靜止點(diǎn)（點(diǎn)）
當(dāng)基極電流為 40 A 時(shí)，此圖中的靜態(tài)點(diǎn)位于曲線上。負(fù)載電阻的變化也會(huì)影響負(fù)載線的斜率。較高的負(fù)載電阻對(duì)集電極和發(fā)射極的截止電壓沒有任何影響，而只會(huì)影響飽和時(shí)的最大集電極電流。當(dāng)繪制負(fù)載線以增加電阻時(shí)，它對(duì)右下點(diǎn)沒有任何影響，而左上點(diǎn)會(huì)根據(jù)負(fù)載而移動(dòng)。
注意新的負(fù)載線如何不像之前的那樣在其平坦點(diǎn)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(fù)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(fù)載電阻值后，負(fù)載線在這個(gè)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(huì)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(fù)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(cè)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(gè)負(fù)載線圖中 40 A 時(shí)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(huì)飽和的區(qū)域，即負(fù)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(yuǎn)。
圖 4：更多基極電流曲線揭示飽和信息
負(fù)載線上落在該曲線直線段上的最高電流點(diǎn)似乎是 50 A 曲線上的點(diǎn)。這個(gè)新點(diǎn)應(yīng)被視為 A 類操作的最高允許輸入信號(hào)電平。此外，對(duì)于 A 類操作，應(yīng)修改偏差，使靜止點(diǎn)位于截止點(diǎn)和新的最大值點(diǎn)的中間，如下圖所示。
圖 5：新的靜止點(diǎn)完全避開了飽和區(qū)
是時(shí)候看看一些實(shí)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(hào)與直流電壓源串聯(lián)的方式連接。實(shí)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(duì)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(shí)，它開始以 B 類模式運(yùn)行。
智商的后果
用于調(diào)節(jié)的 LDO 穩(wěn)壓器的 IQ 對(duì)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(yùn)行時(shí)的負(fù)載條件，因此具有低 IQ 的 LDO 提供了一種簡(jiǎn)單的方法來延長(zhǎng)電池供電設(shè)備的壽命。這些微型設(shè)備不僅適用于消費(fèi)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(dòng)化。即使設(shè)計(jì)人員有時(shí)會(huì)忽略靜態(tài)電流，將其運(yùn)行幾秒鐘、幾天甚至幾年也可能對(duì)設(shè)計(jì)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(shí)間內(nèi)被偏置以在活動(dòng)模式下運(yùn)行，真實(shí)地再現(xiàn)整個(gè)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(fù)半部分或正半部分。在這類放大器中，晶體管一半時(shí)間處于活動(dòng)模式，另一半時(shí)間處于截止模式。每當(dāng)音頻信號(hào)系統(tǒng)需要大功率放大時(shí)，就會(huì)使用互補(bǔ)的 B 類晶體管對(duì)。如前所述，晶體管成對(duì)工作，因此每個(gè)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(shí)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(dòng)”后將振蕩延長(zhǎng)幾個(gè)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?yàn)榫w管大部分時(shí)間都不導(dǎo)通。
D 類：用高頻方波的占空比表示瞬時(shí)輸入信號(hào)幅度的概念支持 D 類操作，這需要復(fù)雜的電路設(shè)計(jì)。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(shí)，能源效率會(huì)提高。
為了在輸入信號(hào)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(hào)源（特別是 A 類和 C 類）串聯(lián)的電池。