电子设计教程16:共射极放大电路

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电子设计教程16:共射极放大电路

2023-10-21 01:44| 来源: 网络整理| 查看: 265

  本文所用的电路参考自日本的铃木雅臣的《晶体管电路设计》。借此电路来讲解三极管电路的分析与设计中需要注意的事项。 在这里插入图片描述 图 共射极放大电路原理图   共射极放大电路的原理图很容易找到,但是器件的参数在不同的应用场景下,却不一样。算出电路中的4个电阻的阻值,是任务的关键。本节以放大5倍为例。

直流通路与交流通路

  这个电路中,直流电源的作用与交流信号的作用是同时存在的。例如对于三极管的基极来说,既有直流电源提供的工作电压,又叠加了输入信号的电压,十分不利于分析工作状态。因此,为了研究问题方便起见,常常把直流电源对电路的作用和输入信号对电路的作用区分开来,分为直流通路与交流通路。   直流通路,顾名思义指的是直流电流流经的通路,用于研究静态工作点。由于电容具有“隔直通交”的作用,所以在分析直流通路的时候,认为电容开路。 在这里插入图片描述 图 共射极放大电路直流通路   交流通路,是交流的输入信号流经的通路,用于研究动态参数。此时认为,(容值合适的)电容可以视为短路,Vcc与GND直接也视为短路。发射结导通以后,对于交流信号的阻抗可以忽略不计,故也视为短路。 在这里插入图片描述 图 共射极放大电路交流通路   可以看出:直流通路对于交流的输入信号没有影响,它只用于确保三极管处于合适的工作状态;信号在输出之前,经过了C2,导致直流成分全部被阻挡,只有交流部分能输出。 即静态工作点看直流通路,交流信号路径看交流通路。   一般来说,习惯上把表示直流的物理量用大写字母表示,把表示交流的物理量用小写字母表示。例如 在这里插入图片描述表示基极电流的直流分量, 在这里插入图片描述表示基极电流的交流分量。

静态工作点

  所谓静态工作点,是指三极管放大电路在电源供应正常,输入信号为零时,三极管引脚的电流及电压的状态。静态工作点的所有物理量,都用一个下标Q来表达(quiescent,静止)。例如,在静态工作时常用的几个物理量可以表示为:

  静态时基极电流:在这里插入图片描述   静态时集电极电流:在这里插入图片描述   静态时基极与发射极电压(发射结压降):在这里插入图片描述   静态时管压降:在这里插入图片描述   观察9014的特性曲线,需要选择一个区域,在这个区域内,ic的变化量只取决于ib的变化量,与Uce没有关系。 在这里插入图片描述   需要注意输入信号的变化将导致基极电压的变化。交直流叠加状态下,发射结压降 在这里插入图片描述   直流的电压需要保证叠加了变化着的交流电压的时候,三极管仍然处于放大区。

放大倍数的计算

  先说结论,共射极放大电路的放大倍数可以由集电极与发射极的电阻比值决定: 在这里插入图片描述   对于此电路来说就是: 在这里插入图片描述   如果需要5倍放大,那么R2的值就是R4的值的5倍。   这个结论的推导过程并不像数学推导一样严密,结合了工程实践,有些因素对结果影响较小,就省略了。还有些值是取了个范围。以下为推导过程:

放大倍数Av=Vo/Vi   Vo是输出电压,由于耦合电容C2的存在,直流分量通不过,只有变化着的交流分量可以通过,所以Vo就是集电极的电压变化量△Vc 。   由于分析交流通路的时候,认为Vcc与GND是同一个点,所以△Vc同时也是R2上电压的变化量。△Vc=△ic×R2   分析交流通路时,C1与发射极均认为是短路,所以输入信号Vi相当于直接接在R4上。VI=△ie×R4   三极管处于放大区时,ic=β×ib,β是三极管的放大倍数,一般来说是几十到几百,即基极电流远小于集电极电流,所以忽略基极电流,那么Vo/Vi≈R2/R4

阻容器件的取值

在这里插入图片描述   先根据手册,取一个合适的集电极电流。我使用了9014的三极管,取Ic为1mA,也可以取别的值,不同的Ic与放大倍数,Vce,以及频率响应都有关系。此处1mA主要考虑功率小点。此时放大倍数为200多一点。那么基极电流就是5uA左右。 在这里插入图片描述   取R4上的电压为0.5 V,那么R4的值为500Ω,取标称为470欧姆。那么R2可以取值为2.4K。   流过R1与R3的电流要远大于基极电流,否则在分析的时候就不能认为基极电流可以忽略,也不能用分压公式来大致计算出R1与R3的电阻值。由于发射结的压降为0.6V,所以基极的直流电压为1.1V,可以确定出R1与R3的比值。此处取R1为39K,R3为10K。   两个电容都与频率相关,在工作频率下电容的等效容抗应尽可能小。此案例取值为1uF。 这个电路的输入阻抗为R1//R3,输出阻抗为R2。

关键波形观察

  下图展示了电路对1Khz,100mV正弦波的放大效果。 在这里插入图片描述   输入耦合电容C1左右波形对比,可以看出输入的交流信号几乎无损通过了C1,到达基极时被直流分量抬高了1V多一点。 在这里插入图片描述   基极发射极波形对比,可以看出交流成分几乎无损通过了发射结。直流成分经过发射结时有0.6V的压降。 在这里插入图片描述   发射极与集电极波形对比,三极管将电压的变化量反相放大了5倍。 在这里插入图片描述



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