模擬電路難度最大:三極管共射極放大電路
發(fā)布時(shí)間:2019-11-06 責(zé)任編輯:lina
【導(dǎo)讀】在模擬電路中,我們最終需要面對(duì)的是信號(hào)。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(hào)放大(電壓放大)。它是一類輸入阻抗較大(幾千到幾十千歐姆),輸出阻抗較小(幾百到幾千歐姆)的放大器。
在模擬電路中,我們最終需要面對(duì)的是信號(hào)。這是模擬電路最神秘,也是難度最大的地方。
文章從實(shí)例出發(fā)講解,內(nèi)容較長(zhǎng),請(qǐng)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(hào)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(jì),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(hào)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(hào)的流向,紅色箭頭表示的是輸出信號(hào)的流向,它們共同經(jīng)過(guò)三極管射極
信號(hào)流向
交流等效電路和直流等效電路
在實(shí)際設(shè)計(jì)之前,我們先學(xué)習(xí)一下三極管放大電路的等效電路,它們的特點(diǎn)如下
對(duì)于直流等效電路,電容相當(dāng)于開(kāi)路(隔直通交)
對(duì)于交流等效電路,電容相當(dāng)于短路,電源正負(fù)極相當(dāng)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(wú)旁路電容的共射極放大電路
特點(diǎn):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(shí)例:
輸入信號(hào)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?yàn)檩斎胄盘?hào)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(hào)的靜態(tài)電壓(C極對(duì)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(shí),即能保證放大信號(hào)不失真,因?yàn)檩敵鲎畲箅妷旱扔?+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(hào)的靜態(tài)電壓(B極對(duì)地電壓):首先三極管E極對(duì)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(gè)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(gè)RC高通濾波器,輸出電容和輸出電阻構(gòu)成一個(gè)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(hào)不衰減時(shí)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(diǎn):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(shí)例:
輸入信號(hào)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?yàn)檩斎胄盘?hào)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(jì)算Ic = 25/40Ω = 0.625mA 又因放大電路把Vcc的一半設(shè)計(jì)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(yàn)一般選擇為1/10Rc = 2000Ω*1/10 = 200Ω
4. 輸入信號(hào)的靜態(tài)電壓(B極對(duì)地電壓):首先三極管E極對(duì)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(gè)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(hào)旁路(就是不經(jīng)過(guò)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(diǎn):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(jì)算設(shè)計(jì)吧,前面兩個(gè)理解了這個(gè)也不難,只看是沒(méi)有用的,實(shí)際去嘗試才能學(xué)到東西
輸入信號(hào)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(huì)在評(píng)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?yàn)閞e'' = 25/Ic(mA)這個(gè)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(diǎn)就是輸出信號(hào)和輸入信號(hào)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?yàn)檩斎胄盘?hào)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(hào)的靜態(tài)電壓(C極對(duì)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(shí),即能保證放大信號(hào)不失真,因?yàn)檩敵鲎畲箅妷旱扔?0+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(yàn),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(hào)的靜態(tài)電壓(B極對(duì)地電壓):首先三極管E極對(duì)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(hào)旁路(就是不經(jīng)過(guò)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(gè)電阻的值先,比如Rb2 = 17KΩ,因Ub = VCC * (RB2/(Rb1 + Rb2)) = 1.7V,求得Rb1 = 183KΩ
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