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硬體大哈啦:何謂工作點(直流工作點、靜態工作點)?
2008/09/18 14:20:30瀏覽11948|回應2|推薦0

硬體大哈啦:何謂工作點(直流工作點、靜態工作點)

    這個名詞也是許多人都搞不清楚的,課本也講不清楚,其實只要通了電,一定會有工作點,究竟什麼是工作點呢?下圖為例

 

    這是一個很典型的交流耦合電路(AC couple),許多電路都需要使用這樣的結構,當然其中的電容電阻值我是亂掰的,假設他們都是理想元件,而這個電路通電後,就這樣放一個小時,他們會穩定在

    A=2.5V, B=1.65V

    注意一個重點,A點有5/2k=2.5mA, B點有3.3/2k=1.65mA的電流【維持】住這樣的局面。

    A,B兩點因為分壓穩定在這樣的數值,而中間的電容呢?因為這樣的分壓值,儲存電荷在其中,而這些電荷呈現

    2.5 - 1.65 = 0.85V

    此時,因為沒有其他外在訊號干擾,是一個封閉環境,這樣的狀態,叫做【靜態】,我上面的那些計算,叫做【靜態(穩態)分析】,上面算出的所有點的電壓,所有路徑的電流,叫做【靜態工作點】。

    問題來了,算這個有什麼用?用處可大了,假設A點有外在電壓出現,提升了0.5V,所以A

    A=2.5 + 0.5 = 3V

    因為電容有有0.85V的電壓差,這個0.85V是由於電容裏存的電荷,那些電荷只有帶那麼多能量,所以是0.85V,要改變0.85的數值,除非有電荷流動,或是兩邊的穩態電壓改變(例如5V->10V),因為那【一瞬間】電荷還來不及改變,為什麼會來不及呢?回頭看看B點的維持電流,所以B點瞬間會被提升0.5V

    1.65 + 0.5 = 2.15V

    這個提升是因為維持不住【靜態工作點:1.65V】所造成的,所以不要一看到【提升】,就以為被充電了,此時B點會有電荷流動,注意此時R3,R4就不再是1.65mA的電流量,

    R3電流=(3.3-2.15)/1k = 1.15mA

    R4電流=(2.15-0)/1k = 2.15mA

    慢慢的重新開始平衡,B點就會由2.15V回到1.65V的數值,R3,R4電流=1.65mA的數值,此時電容裡面的【電壓差】就變成

    3 - 1.65 = 1.35V

    能量變大了,這個多儲存的能量,是這次新的靜態與前一次靜態的差值,先不要管這個差值是由哪邊提供的,它完全是看當時的溫度、材料等因素所影響,而靜態分析的功能,是【確認電路的趨勢】,是重要的分析。

    如果A點不斷的以0.5V的等級上下跳動,從上面分析的結果,可以知道B點也會以0.5V的等級上下跳動,就是

    * A=3V -> B=2.15V

    * A=2V -> B=1.15V

    * A點假設,比2.5V 高叫做邏輯1,低叫做邏輯0

    * B點假設,比1.65V高叫做邏輯1,低叫做邏輯0

    此時就可以把不同電源系統的邏輯值,利用電容,做AC Couple,互相傳遞了。

    進一步來說,要有一個發現,就是....

    1. 不同的電容充放電速度(隱含材質特性在內)

    2. 不同的維持電流,

    3. 不同的訊號速度,

    上述會影響B點得到的訊號品質好壞與穩定性,這些條件構成了一個東西:【頻率響應(frequency response)】,【頻率響應】是一個很爛的名詞翻譯,我的翻譯是【反應能力的好壞】,這個【好壞】的依據是什麼?就是反應的速度,與失真的程度。

    所以以後看見什麼npox7rx5r、電解電容、ESR、幾MHz會衰減多少的參數等,不要再當做沒看到了,其實還滿重要的!

    所以各種電路的靜態分析,大致上也是如此,有機會就自己試著解釋一下吧。

( 心情隨筆心情日記 )
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引用
引用網址:https://classic-blog.udn.com/article/trackback.jsp?uid=cchahacaptain&aid=2229068

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彼得鄧
等級:7
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直流分析~~~
2010/01/04 17:32
上篇看過後,就應該會知道為什麼要做"直流分析",在電路學裡面,柯西赫夫定律、重疊定理、電容、電感、電壓源、電流源等等的初值假設,這些都是有意義的,可以幫助你設計電路,確認電路的走向,不是只有在考研究所時才會使用到!

超雞歪
OOXX
2008/09/19 10:38
你這篇是我這輩子見過寫最清楚的,以後多寫一點吧!