2021-10-26 模电共射放大电路部分
时间:2022-08-10 22:00:00
共射放大电路
(1)
(2)放大区域使用的前提是
(3)
(4)检查输入输出变化(求导)时的关系
VCC和0.7等常数项被消除。输入输出信号之间存在反比例关系。
放大电路的直流偏移
- 输入部分一般不需要2V由于成本太高,直流电源被实现。通常使用电阻分压来提供2V直流偏置。
- 在放大电路中,电解电容的作用被视为电池,我们所要做的就是计算电容等效电压。
- uI如果是纯交流信号,每个周期对电容C1充放电电荷相等,不影响C最终等效电池的电压。
- R1和R2.分压对电容C从而充电uI将所需电压提升到基极。
- 电解电容器用于输出部分C2的作用也等同于电池,uO偏移的8.5V电压会使电容C22左右负充电8.5V电池,通过C2后的uO一定是纯交流。
- 电容C从高通滤波隔直电容,也可以从高通滤波的角度来解释。uO当然,纯直流电压不能通过C由2组成的高通滤波器。
标准放大电路区具体值:
共射放大电路的饱和(削底)现象:即,使Ui = 3 sinwt
- 由于RE上分压URE的存在,uO输出电压仍然受到影响URE钳位不能低于URE,从而URE电压通常表现为uI-0.7V。
- 三极管饱和时(在TINA仿真中UCES近似为0),UC(也就是uO)电压几乎等于VE所以图3中有电压,uO与uI形状相似的部分(差0.7V的UBE)。
即使是共射放大电路的截止现象:Ui = 1 sinwt
电压源交流等电位
- 从直流电源的角度来看,由VA=VB VCC很容易推导出来ΔVA=ΔVB,这就是交流电位相等的概念。
- 从阻抗的角度来看,电容器的阻抗是1/jωC,电压源两端应并联海量电容,因此电压源两端的交流阻抗为0,然后可以认为电压源两端的交流等电位。
- 基于以上分析,**电路中的电池、大容量电容、二极管、稳压管、三极管BE极,**在大多数情况下,交流阻抗为0,两端交流等电位。
共射放大电路的输入阻抗和输出阻抗
除去提供直流偏置所需的电阻R1和R2外,由于RE被放大β倍才等效到输入端,因此共射放大电路的输入阻抗相对较大,这是共射电路的优点。
- 空载时,电路的放大倍数为Av=-Rc/Re。
- 带上RL时(设RL=RC),由于电解电容对交流短路,RL与RC这是并联的。因此,电路的放大倍数变为5,减少到空载的一半。根据输出阻抗的定义,输出阻抗的大小是RC。
- 由于功耗等原因,RC一般最少在1kΩ因此,共射放大电路的输出阻抗出阻抗特性并不理想带动小电阻的重载)。
密勒效应
- 对于电容CBE低通滤波器的组成,不可避免,也不算太冤。
- 而由CBC由共射放大电路连接而形成的低通滤波器会加倍低通效应。
- CBC另一端的交流电位实际上是-AvI,这样加载CBC两端的电压是(1 A)vI,可以看做CBC实际效果是(1 A)CBC,这就是密勒效应。(A=|vO/vI|)
(4)密勒效应使共射放大电路的带宽最窄,频率特性最差(高频信号不能放大)
电路的实际设计
以图1所示的电路为例,例如2VPP、1kHz负载1000正弦信号kΩ设计5倍放大电路
①选定VCC:
低功率;根据信号幅度来判断;余量越大,设计压力越小。
- 需根据负载电阻大小设定共射放大电路的输出阻抗RC。RC越小输出阻抗越小,带上负载后放大倍数越稳定。
- 但是RC越小放大电路的静态功耗越大,即不带负载时“白白”消耗掉的功率。
- 接着是根据放大倍数设定RE。
③设置偏置电压大小:
- 共射放大电路是反相放大,所以输入信号的直流偏移越高,输出信号越偏下方;输入信号偏移越低,输入信号越偏上方。
- 如无特殊要求,可将输出信号置于电源轨正中央位置(这样可以获得最大不失真增益)
- 根据vI=0V时(所谓静态),VC=多少,可以反推出输入信号的直流偏移VB。
④根据偏置电压设置分压电阻R1和R2
- 由15V分压出2.2V,分压电阻的配比是无穷无尽的,当然越大的电阻“无谓”功耗越低,输入阻抗更高。
- 如图3所示,由于分压电阻网络还存在一个支路, R2必须小到可以忽略支路电流才行。
- 按β值100倍计算,RE’(等效)应为200kΩ,R2取值20kΩ可以“远小于”RE’。
- 根据R2为20kΩ,可计算出R1为116kΩ。116kΩ电阻值在E24系列中没有,取最接近的R1为120kΩ。这样会带来一点直流误差,但是由于VCC余量很大,些许误差没有影响。
- 此外,当仅仅要求阻值精确时,可以用2个低精度阻值电阻串联凑高精度电阻的方法来应付,例如100kΩ+16kΩ=116kΩ。
⑤电解电容C1和C2的选择
- 前面说过,电解电容在模拟电路中的作用均可看成是一个“电池”。
- 为了达到这一效果,电容必须对信号频率的阻抗接近0。换句话说,电解电容用多大才够,和信号频率是有关的。
- 如图4所示,从滤波器的观点,电容C1和C2构成两个高通滤波器,只要保证两个高通滤波器截止频率低于信号频率的1/10就可以认为对信号阻抗为0,
利用旁路电容的共射放大电路RE
不改变直流,只是放大倍数
通过旁路部分RE的办法来增大放大倍数避免修改直流偏置电路
当我们把RE全部旁路掉,放大倍数将达到最大值。但不会无穷。即存在等效基极电阻rbe,且它的值不是定值,引入rbe以后,三极管应等效为如图5所示的模型,BE之间增加了一个基极体电阻rbe,该电阻与0.7V电池串联共同构成BE间的PN结。
rbe的效果相当于缩小β倍“折算”到RE的位置上。电路的放大倍数很大,就当成是β倍好了。
含(未被旁路)RE的共射放大电路为什么没有“大头失真”呢?考虑RE时,上式分母中RE的权重远大于rbe/β,所以rbe的变化几乎不会影响放大波形
选频放大电路
将RC由LC并联电路取代。低频信号被L短路,等效RC阻抗极低,无法被放大;高频信号被C短路,也无法放大;
输入信号选择1.05kHz的方波。选择方波的原因是其频谱含有高次谐波,频率丰富。LC槽路特征频率(3.16kHz)正好是方波信号(1.05kHz)的3倍频率。下图所示仿真波形可以看出放大输出的结果是方波的3倍频。如果调整LC参数,还可以仿真出放大5倍频、7倍频等。
高频滤波电路
1.实际中这个电路应用于消除高频干扰
2.VG和VG1叠加并抬升2V直流电平形成ui进入滤波放大电路。注意,根据叠加原理VG和VG1效果将减半,即ui=0.5×(VG+VG1)+2。
3.RC看做输出阻抗,C3上端交流接地,RC和C3就构成低通滤波器
高频增强电路
预加重放大电路