【導讀】在模擬電路中,我們最終需要面對的是信號。這是模擬電路最神秘,也是難度最大的地方。共射極放大電路在電子電路中應(yīng)用非常廣泛,常用于小信號放大(電壓放大)。它是一類輸入阻抗較大(幾千到幾十千歐姆),輸出阻抗較?。◣装俚綆浊W姆)的放大器。
在模擬電路中,我們最終需要面對的是信號。這是模擬電路最神秘,也是難度最大的地方。
文章從實例出發(fā)講解,內(nèi)容較長,請慢慢品讀
共射極放大電路
共射極放大電路在電子電路中應(yīng)用非常廣泛,常用于小信號放大(電壓放大)。它是一類輸入阻抗較大(幾千到幾十千歐姆),輸出阻抗較?。◣装俚綆浊W姆)的放大器。它的基本電路如下
上圖的偏置電路難以調(diào)試,且放大倍數(shù)受三極管溫度影響巨大,作者能力有限,所以不去討論如何設(shè)計,而改用穩(wěn)定性更好的偏置討論
為什么叫做共射極放大電路?
共射極指的是輸入和輸出的交流信號共同的通路是流經(jīng)三極管的射極(E極)后流回源頭的放大電路。如圖綠色箭頭表示的是輸入信號的流向,紅色箭頭表示的是輸出信號的流向,它們共同經(jīng)過三極管射極
信號流向
交流等效電路和直流等效電路
在實際設(shè)計之前,我們先學習一下三極管放大電路的等效電路,它們的特點如下
對于直流等效電路,電容相當于開路(隔直通交)
對于交流等效電路,電容相當于短路,電源正負極相當于短路,引入發(fā)射極本征電阻re'' = 25/Ic(mA),發(fā)射極本征電阻受三極管溫度影響,發(fā)射極本征電阻和發(fā)射極串聯(lián)
共射極放大電路
直流等效電路
交流等效電路
無旁路電容的共射極放大電路
特點:穩(wěn)定性好,但放大倍數(shù)較低
共射極放大電路
直流等效電路
交流等效電路
實例:
輸入信號幅度1V,頻率1000Hz~20000Hz
要求:輸入阻抗大于10kΩ,輸出阻抗大于1kΩ,電壓放大倍數(shù)5倍
1. 電源電壓的設(shè)定:因為輸入信號幅度為1V,電壓放大倍數(shù)為5倍,放大后電壓幅度為5V,所以電源電源需大于5V,選擇10V,如果選擇接近5V非常容易失真
2. 輸出信號的靜態(tài)電壓(C極對地電壓):VCC / 2 = 10V / 2 = 5V 輸出靜態(tài)電壓設(shè)定在電源電壓的一半時,即能保證放大信號不失真,因為輸出最大電壓等于5+2.5V等于7.5V,最小電壓等于5-2.5 = 2.5V
3. 電阻Rc的確定:根據(jù)交流等效電路可以看出,輸出阻抗等于Rc,所以Rc = 1kΩ
4. 電阻Re的確定:電壓放大倍數(shù)Av = RC/(re''+Re),電壓放大倍數(shù)為5,則re''+Re = Rc/Av = 1kΩ/5 = 200Ω, re'' = 25/Ic(mA) = 25/(URc/Rc*0.001) = 25/(5V/1KΩ*0.001) = 5Ω, 則Re= 200Ω-re'' = 195Ω
5. 輸入信號的靜態(tài)電壓(B極對地電壓):首先三極管E極對地電壓Ue = Ie * Re ,而Ie約等于Ic,所以Ue = Ic * Re = 5V/1kΩ*195Ω = 0.975V,三極管BE極電壓降等于0.7V,所以三極管B極電壓Ub = Ue+Ube = 0.975V + 0.7V = 1.675V
6. 電阻Rb1和Rb2的確定:從直流等效電路可以看出,三極管B極電壓等于Rb1和Rb2的分壓,首先隨便確定一個電阻的值先,比如Rb2 = 16.75KΩ,則Ub = VCC * (RB2/(Rb1 + Rb2)) = 1.675V,求得Rb1 = 83.25KΩ
7. 輸入阻抗:根據(jù)交流等效電路可看出,輸入阻抗等于Rb1//Rb2//(HFE*(re'' + Re)) = 16.75kΩ//83.25kΩ//(200*(5Ω+195Ω) ) ≈ 10.33KΩ 兩條橫桿//是并聯(lián)的意思
8. 輸入電容和輸出電容:輸入電容和輸入電阻構(gòu)成一個RC高通濾波器,輸出電容和輸出電阻構(gòu)成一個高通濾波器,根據(jù)高通濾波器公式f = 1/(2πRC)可求出在最小頻率處,信號不衰減時的電容值為:輸入電容應(yīng)大于15nF,輸出電容應(yīng)大159nF
參數(shù)
射極電阻全旁路的共射極放大電路
特點:穩(wěn)定性差,放大倍數(shù)大
共射極放大電路
直流等效電路
交流等效電路
實例:
輸入信號幅度0.01V,頻率20Hz~10000Hz
要求:輸入阻抗大于10kΩ,輸出阻抗大于2kΩ,電壓放大倍數(shù)50倍
1. 電阻Rc的確定:根據(jù)交流等效電路可以看出,輸出阻抗等于Rc,所以Rc = 2kΩ
2. 電源電壓的設(shè)定:因為輸入信號幅度為0.01V,在交流等效電路中可以看到,射極電阻Re已經(jīng)被旁路掉了,所以電壓放大倍數(shù)Av = Rc/re'' 則re'' = Rc / Av = 50/2000Ω = 40Ω 而re'' = 25/Ic (mA)計算Ic = 25/40Ω = 0.625mA 又因放大電路把Vcc的一半設(shè)計成輸出靜態(tài)電壓,所以Vcc = Rc*Ic*2 = 2000Ω*0.000625A*2 = 2.5V
3. 電阻Re的確定:電阻Re根據(jù)經(jīng)驗一般選擇為1/10Rc = 2000Ω*1/10 = 200Ω
4. 輸入信號的靜態(tài)電壓(B極對地電壓):首先三極管E極對地電壓Ue = Ie * Re ,而Ie約等于Ic,所以Ue = Ic * Re = 1.25V/2kΩ*200Ω = 0.125V,三極管BE極電壓降等于0.7V,所以三極管B極電壓Ub = Ue+Ube = 0.125V + 0.7V = 0.825V
5. 電阻Rb1和Rb2的確定:從直流等效電路可以看出,三極管B極電壓等于Rb1和Rb2的分壓,首先隨便確定一個電阻的值先,比如Rb2 = 8.25KΩ,因Ub = VCC * (RB2/(Rb1 + Rb2)) = 0.825V,求得Rb1 = 16.75KΩ
6. 為了充分的把交流信號旁路(就是不經(jīng)過電阻Re),旁路電容的容抗要大于10倍Re,有公式Xc >= 10Re 容抗公式為Xc = 1/(2πfc),合拼得C >= 5/(πfRe) 求得旁路電容需大于等于398uF,此處f為最小輸入頻率
7. 輸入阻抗:根據(jù)交流等效電路可看出,輸入阻抗等于Rb1//Rb2//(HFE*re'' ) = 8.25kΩ//16.75kΩ//(200*200Ω ) ≈ 4.856KΩ 兩條橫桿//是并聯(lián)的意思
參數(shù)
射極電阻部分旁路的共射極放大電路
特點:較穩(wěn)定,放大倍數(shù)適中
共射極放大電路
直流等效電路
交流等效電路
把這留給你們計算設(shè)計吧,前面兩個理解了這個也不難,只看是沒有用的,實際去嘗試才能學到東西
輸入信號幅度0.5V,頻率100Hz~5000Hz
要求:輸入阻抗大于10kΩ,輸出阻抗大于1kΩ,電壓放大倍數(shù)20倍
提示:電壓放大倍數(shù)Av = Rc/(re'' + Re1)
Rc等于10倍(Re1+Re2 )
旁路電容容抗大于10倍Re2
答案明天會在評論里面公布的,加油哦
總結(jié)
三極管放大倍數(shù)不穩(wěn)定主要是受到射極本征電阻的影響,因為re'' = 25/Ic(mA)這個值是受溫度影響的,要想穩(wěn)定高就得犧牲放大倍數(shù),還有一點就是輸出信號和輸入信號反相!
三極管共射極放大電路就先講到這里了,謝謝大家的支持?。?!
答案:
1. 電源電壓的設(shè)定:因為輸入信號幅度為0.5V,電壓放大倍數(shù)為20倍,放大后電壓幅度為10V,所以電源電源需大于10V,選擇20V
2. 輸出信號的靜態(tài)電壓(C極對地電壓):VCC / 2 = 20V / 2 =10V 輸出靜態(tài)電壓設(shè)定在電源電壓的一半時,即能保證放大信號不失真,因為輸出最大電壓等于10+5V等于15V,最小電壓等于10-5 = 5V
3. 電阻Rc的確定:根據(jù)交流等效電路可以看出,輸出阻抗等于Rc,所以Rc = 2kΩ
4. 電阻Re1的確定:電壓放大倍數(shù)Av = RC/(re''+Re1),電壓放大倍數(shù)為20,則re''+Re1 = Rc/Av = 2kΩ/20 = 100Ω, re'' = 25/Ic(mA) = 25/(URc/Rc*0.001) = 25/(10V/2KΩ*0.001) = 5Ω, 則Re1= 100Ω-re'' = 95Ω
5. Re2的確定:根據(jù)經(jīng)驗,Rc為(Re1+Re2)的10倍,所以Re1+Re2 = 10*Rc 則Re2 = Rc/10 - Re1 = 2000Ω/10 - 95Ω = 105Ω
6. 輸入信號的靜態(tài)電壓(B極對地電壓):首先三極管E極對地電壓Ue = Ie * (Re1+Re2) ,而Ie約等于Ic,所以Ue = Ic * (Re1+Re2 = 10V/2kΩ*(95Ω+105Ω) = 1V,三極管BE極電壓降等于0.7V,所以三極管B極電壓Ub = Ue+Ube = 1V + 0.7V = 1.7V
7. 為了充分的把交流信號旁路(就是不經(jīng)過電阻Re2),旁路電容的容抗要大于10倍Re2,有公式Xc >= 10Re2 容抗公式為Xc = 1/(2πfc),合拼得C >= 5/(πfRe2) 求得旁路電容需大于等于151uF,此處f為最小輸入頻率
8. 電阻Rb1和Rb2的確定:從直流等效電路可以看出,三極管B極電壓等于Rb1和Rb2的分壓,首先隨便確定一個電阻的值先,比如Rb2 = 17KΩ,因Ub = VCC * (RB2/(Rb1 + Rb2)) = 1.7V,求得Rb1 = 183KΩ