了解静态電(diàn)流

2022-05-19

了解静态電(diàn)流   

IC 处于静态状态时使用(yòng)的電(diàn)流量称為(wèi)静态電(diàn)流。静止状态是指 IC 处于无负载或非开关状态但仍处于开启状态的任何时间段。当外部负载電(diàn)流為(wèi)零时，静态電(diàn)流也是為(wèi)低压差 (LDO) IC 的内部電(diàn)路供電(diàn)所需的電(diàn)流。 

静态電(diàn)流有(yǒu)时会被误认為(wèi)是关机電(diàn)流，这是在電(diàn)池仍连接到系统时关闭设备时汲取的電(diàn)流。 

静态電(diàn)流量受器件设计、输入電(diàn)压和温度的影响。 

无负载时，IQ = IIN。IQ是指電(diàn)源在待机模式下的功耗，也称為(wèi)電(diàn)路的安静状态。当输入没有(yǒu)循环并且電(diàn)源本身没有(yǒu)驱动负载时，電(diàn)路会处于完全状态。在轻负载运行期间，标称静态電(diàn)流会对系统的功率传输效率产生相当大的影响。重要的是要保证在放大器晶體(tǐ)管的直流偏置期间，晶體(tǐ)管在传递给它的整个输入信号范围内保持在有(yǒu)源區(qū)。在 V(ce)-I(c) 负载線(xiàn)曲線(xiàn)上放置一个固定的静止点，以获取从输入开始的整个放大信号。静态電(diàn)流和電(diàn)压用(yòng)于描述電(diàn)流 I C（集電(diàn)极電(diàn)流）和電(diàn)压 V CE（集電(diàn)极到发射极電(diàn)压）。

图 1：放大器的负载線(xiàn) 

具有(yǒu)静态電(diàn)流的放大器 

饱和電(diàn)流 (I S ) 对于决定静态電(diàn)流非常重要，因為(wèi)对于任何类型的放大器，它都应该是 I S的一半。中途被定义為(wèi)饱和和截止之间的点。有(yǒu)些放大器的静态電(diàn)流為(wèi)零，因為(wèi)它们被设计為(wèi)在没有(yǒu)提供信号时被切断，例如 B 类和 C 类。有(yǒu)些放大器的静态電(diàn)流非常低，例如 AB 类。静态電(diàn)流值刚好高于截止區(qū)域。為(wèi)了突出一类放大器的功能(néng)范围，在晶體(tǐ)管的特性曲線(xiàn)上绘制了一条负载線(xiàn)，这一切都是在晶體(tǐ)管耦合到特定负载電(diàn)阻的状态下完成的。这种情况的典型曲線(xiàn)如下图所示：

图 2：示例负载線(xiàn)显示在晶體(tǐ)管特性曲線(xiàn)上

使用(yòng)集電(diàn)极電(diàn)流和晶體(tǐ)管集電(diàn)极和发射极端子两端的電(diàn)压绘制典型的负载線(xiàn)。截止是一种状态，在这种状态下，端子上现在有(yǒu)電(diàn)压，在这种情况下電(diàn)流為(wèi)零。線(xiàn)路饱和是因為(wèi)電(diàn)压為(wèi)零并且左上角的電(diàn)流最大。所述基极電(diàn)流的实际操作场景由负载線(xiàn)和不同晶體(tǐ)管曲線(xiàn)交叉处的点表示。 

此图上负载線(xiàn)上的一个点可(kě)能(néng)表示安静的操作条件。负载線(xiàn)的中间代表静止点（Q点），如下图所示。

图 3：A 类静止点（点）

当基极電(diàn)流為(wèi) 40 A 时，此图中的静态点位于曲線(xiàn)上。负载電(diàn)阻的变化也会影响负载線(xiàn)的斜率。较高的负载電(diàn)阻对集電(diàn)极和发射极的截止電(diàn)压没有(yǒu)任何影响，而只会影响饱和时的最大集電(diàn)极電(diàn)流。当绘制负载線(xiàn)以增加電(diàn)阻时，它对右下点没有(yǒu)任何影响，而左上点会根据负载而移动。

注意新(xīn)的负载線(xiàn)如何不像之前的那样在其平坦点接触 75 A 曲線(xiàn)。重要的是要知道，在特性曲線(xiàn)中，饱和条件由非水平線(xiàn)表示。如果负载線(xiàn)在其水平范围之外与 75 A 曲線(xiàn)相交，则放大器将在该水平的基极電(diàn)流处饱和。改变负载電(diàn)阻值后，负载線(xiàn)在这个新(xīn)位置与 75 A 曲線(xiàn)相交，这意味着在比以前更低的基极電(diàn)流值下会发生饱和。 

75 A 的基极電(diàn)流将导致与電(diàn)路中旧的低值负载電(diàn)阻器相似的集電(diàn)极電(diàn)流（基极電(diàn)流乘以）。正如比率所预测的那样，75 A 的基极電(diàn)流产生的集電(diàn)极電(diàn)流几乎是第一个负载線(xiàn)图中 40 A 时产生的電(diàn)流的两倍。由于晶體(tǐ)管损失了足够的集電(diàn)极-发射极電(diàn)压来调节 75 A 和 40 A 基极電(diàn)流之间的集電(diàn)极電(diàn)流，因此集電(diàn)极電(diàn)流几乎没有(yǒu)上升。

為(wèi)了确保線(xiàn)性（无失真）功能(néng)，晶體(tǐ)管放大器不应用(yòng)于晶體(tǐ)管会饱和的區(qū)域，即负载線(xiàn)理(lǐ)论上不位于集電(diàn)极電(diàn)流曲線(xiàn)的水平部分(fēn)上的位置。下图中的图表中添加了几条附加曲線(xiàn)，以确定该晶體(tǐ)管在饱和前在较高基极電(diàn)流下可(kě)以工作多(duō)遠(yuǎn)。

图 4：更多(duō)基极電(diàn)流曲線(xiàn)揭示饱和信息

负载線(xiàn)上落在该曲線(xiàn)直線(xiàn)段上的最高電(diàn)流点似乎是 50 A 曲線(xiàn)上的点。这个新(xīn)点应被视為(wèi) A 类操作的最高允许输入信号電(diàn)平。此外，对于 A 类操作，应修改偏差，使静止点位于截止点和新(xīn)的最大值点的中间，如下图所示。

图 5：新(xīn)的静止点完全避开了饱和區(qū) 

是时候看看一些实用(yòng)的偏置方法了。為(wèi)了将放大器偏置到所选的操作类别，直流（電(diàn)池）和交流電(diàn)源都以交流信号与直流電(diàn)压源串联的方式连接。实际上，很(hěn)难将完美调谐的電(diàn)池连接到放大器的输入端。即使可(kě)以定制電(diàn)池以针对每种特定的偏置需求提供准确的電(diàn)压量，它也无法持续保持该水平。当放大器开始耗尽并且输出電(diàn)压下降时，它开始以 B 类模式运行。

智商(shāng)的后果 

用(yòng)于调节的 LDO 稳压器的 IQ 对電(diàn)池寿命至关重要。由于電(diàn)池寿命在很(hěn)大程度上取决于运行时的负载条件，因此具有(yǒu)低 IQ 的 LDO 提供了一种简单的方法来延長(cháng)電(diàn)池供電(diàn)设备的寿命。这些微型设备不仅适用(yòng)于消费電(diàn)子产品。它们还可(kě)用(yòng)于工业应用(yòng)，例如智能(néng)電(diàn)表、楼宇和工厂自动化。即使设计人员有(yǒu)时会忽略静态電(diàn)流，将其运行几秒(miǎo)钟、几天甚至几年也可(kě)能(néng)对设计产生重大影响。 

放大器的类型及其操作 

A 类：A类操作是指放大器在波形周期的持续时间内被偏置以在活动模式下运行，真实地再现整个波形。

B 类：在 B 类模式下，放大器被偏置，以便它可(kě)以复制输入波形的负半部分(fēn)或正半部分(fēn)。在这类放大器中，晶體(tǐ)管一半时间处于活动模式，另一半时间处于截止模式。每当音频信号系统需要大功率放大时，就会使用(yòng)互补的 B 类晶體(tǐ)管对。如前所述，晶體(tǐ)管成对工作，因此每个晶體(tǐ)管处理(lǐ)一半的波形。在输出功率相同的情况下，B 类放大器的功率效率高于相同输出功率的 A 类放大器。

AB类：说到AB类放大器的操作，它们位于Class和B放大器的中间。

C 类： C 类放大器只能(néng)放大一小(xiǎo)部分(fēn)波形。晶體(tǐ)管大部分(fēn)时间都处于截止模式。谐振回路電(diàn)路被广泛用(yòng)作“飞轮”，以在放大器每次“启动”后将振荡延長(cháng)几个周期，以便在输出端产生完整的波形。在 C 类放大器中，功率效率很(hěn)高，因為(wèi)晶體(tǐ)管大部分(fēn)时间都不导通。

D 类：用(yòng)高频方波的占空比表示瞬时输入信号幅度的概念支持 D 类操作，这需要复杂的電(diàn)路设计。输出晶體(tǐ)管只有(yǒu)两种工作模式：截止和饱和。当热能(néng)分(fēn)散较少时，能(néng)源效率会提高。

為(wèi)了在输入信号上提供某些类型的操作所需的直流偏置電(diàn)压，可(kě)以使用(yòng)分(fēn)压器和耦合電(diàn)容器来代替与交流信号源（特别是 A 类和 C 类）串联的電(diàn)池。