2020-10-18 硬件电路设计之三极管放大电路【B站】
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三、三极管电路的交流特性、叠加原理、与共射极放大电路
3-1,交流特性和叠加原理
在分析射极跟随器电路时候,先普及一下二极管中交流电的叠加特性
1)直流V1=1V,交流为0V时候,看到二极管的导通压降为~0.53V
2)直流V1=0V,交流V3pk=1V时候,输出波形图会有部分截止不导通为0.只有大于0.6V才导通
3)叠加直流V1=1V,交流V3pk=1V时候,输出波形图会有部分截止不导通为0.只有大于0.6V才导通.
U1=1-1=0 二极管不导通
U2=1+1-0.6=1.4 二极管导通
4)叠加直流V1=2V,交流V3pk=1V时候
U1=2-1-0.6=0 .4V二极管导通
U2=2+1-0.6=2.4V 二极管导通
所以,在二极管电路上,增加直流电压,可以是其对交流信号无阻挡
综上,如果需要输出波形完全导通,需要保证交流和直流叠加后的电压大于二极管的导通压降。
V1-V3pk>Vbeq
3-2,共射极电路放大倍数
由前面二极管叠加特性知: 1)Vb=Uin;Ve=Vb-Vbeq=Vin-Vbeq
2)发射极电流:Ie=(Vb-Vbeq)/Re
3)因为Ic~=Ie,所以Ic=(Vb-Vbeq)/Re 集电极电压Vc=Vo=Ic*Rc(Ic电流源,Rc类似电池内阻)
4)最终得到Vc/Ve=Rc/Re;
=>Vo/(Vin-Vbeq)=Rc/Re
=>Vo=Rc/Re *(Vin-Vbeq)
=>放大倍数Av=Vo/Vin=(Rc/Re )*(Vin-Vbeq)/Vin 非定值
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四、文章
4-1、射极跟随器电路分析
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原创 Felix 欢畅电子 2018-06-04
一. 首先,我们来回顾一下上节课讲的内容,就是共发射极放大电路,经推导可得Av=R3/R1,与BJT直流放大系数HFE无关,而是由R3与R1之比来决定的,严格来说是有关系的,但在工程上常可忽略不计。
figure01:
一. 输出阻抗高,为什么共射放大电路的输出阻抗高呢?我们可以实际测量得出,测量的方法如下:
(为了便于理解,把figure01简化为figure02,Ro表示输出阻抗,RL为待接负载)
figure02:
①当共射放大电路输出不接负载时,相当于所接负载RL= ∞,测得此时V0 等于V01=R3/R1*V2=15*0.4=6VPP(V2的峰峰值为0.4V,当RL= ∞时,直接测三极管C极的信号即为这里的V01)
②当接上负载取RL=330Ω 时,可测得输出V02=3VPP=1/2VO1由此可得接上负载后,由于接上负载与共射放大电路的输出阻抗分压作用,导致输出变为1/2V0,即减半,经计算,V02=RL/(RL+Ro)*V01=1/2V01,
⇒RL=Ro=330Ω
⇒Ro=R3=330Ω
⇒共射放大电路的输出阻抗等于集电极电阻R3,这个输出阻抗是很大的,假设后面直接接一个8Ω的扬声器则扬声器两端的电压只有V=8/(330+8)*V01=71MV,信号不仅没有得到放大反而减小,这显然不是我们要的结果,所以这就是接下来我们要介绍的射极跟随器,它的作用就是接在共射放大电路与负载(扬声器)之间,起到阻抗转换的作用,使阻抗降低如到0Ω,从而驱动扬声器发声。
那现在我们先试着搭建射极跟随器的电路,在拿到这个命题时,我们首先应该提前思考这两个问题:
①既然射极跟随器也就是共集电极放大电路,它首先是放大电路,不管是放大电流还是放大电压,既然要起到放大作用,我们首先要给它提供一个使该电路能稳定的工作在放大区的条件,也就是前面教程讲到的提供一个稳定的静态工作点,也就是提供一个偏置电路,以及一个射极反馈电路,使该放大电路的直流特性稳定,不易受温度的影响。
② 既然是射极跟随器,那信号肯定应该从射极取出,因为若从集电极取出的话,那就是共发射极放大电路了,在此加上一个输出时加一个隔直电容,输入仍是基极通过一个耦合电容进行信号输入,最后应该考虑的一点就是集电极应该怎么接了,其实主要纠结点在于是否中间要接一个电阻RC,再接到VCC,来与基极,射极构成发射结正偏,极电结反偏的放大电路。那我们可以讨论一下有没有必要接这个集电极电阻,但此时我们可以把射极跟随器电路的大部分表示出来,如figure03:
我们前面讲到基极与射极之间存在的一个正偏的PN结,它的直流压差是固定的VBE≈0.6V,而交流阻抗为0,也就是基极输入的交流信号直接短接到射极进行输出,没有任何交流衰减,也就是假设Vb的交流信号为0.4sinwt,那么射极输出的信号也为0.4sinwt,峰峰值不变,而它的直流特性又是VB比VE大0.6V(VB=VE+0.6),根据叠加原理,输入输出信号既有既有直流成分又有交流成分,分别写出基极的信号组成和射极的信号组成
Vb=VB+0.4sinwt.......①
Ve=VE+0.4sinwt.......②
又VB=VE+0.6代入①中得:
Vb=VE+0.6+0.4sinwt.......③
Ve=VE+0.4sinwt.......④
我们可以画出③④的波形,figure04可以看出Ve可由Vb往下平移0.6V得到,由③-④得Ve=Vb-0.6V
⇒发射极电位仅由基极Vb来决定而与RE的值、以及Rc的值无关;
所以我们可以去掉Rc,使集电极直接接VCC,当然如果接上一个Rc电阻的话,电路也能正常工作,但也意味着在该电阻式有额外的功率损耗,因此一般都把Rc省掉。
figure04:
又因为接在射极跟随器的负载电阻RL,从交流的角度看,是并联接在发射极电阻RE上的,所以改变RL的值与改变RE的值是一样的,如图figure05
∴Ve交流成分的输出信号V0也与RE的值无关,也就是说即使改变负载电阻的值,输出电压V0=Vi,即可得射极跟随器输出阻抗Ro≈0,为了说明问题我们可以做个实验来验证:
假设我们认为射极跟随器输出阻抗Ro不为0,随便取个值如Ro=8Ω,让负载RL=8Ω,则输出Vo将因为负载分压而减半Vo=RL/(RL+Ro)*Vi=1/2*Vi,而此时我们实际测到的Vo=RL/(RL+Ro)*Vi=1*Vi
⇒RL/(RL+Ro)=1
⇒Ro=0;
与假设矛盾,即假设不成立,
⇒Ro=0;
既然R0=0,也就是说,理论上射极跟随器接的负载不管为多 大时,其输出都跟随输入的值V0=Vi,而不会像前面讲的共发射极放大电路那样被负载拉下来的现象,起到了阻抗变换的作用。
figure06: