在三極管電路中經(jīng)常使用直流通路和交流通路分析電路,實(shí)際上就是運(yùn)用了電路疊加定理分析電路,電路有兩個(gè)“源”,一個(gè)直流供電電源,一個(gè)輸入信號源。
直流通路:在直流電源作用下直流電流流經(jīng)的通路,也就是靜態(tài)電流流經(jīng)的通路,用于研究靜態(tài)工作點(diǎn)。
1)電容為開路
2)電感線圈視為短路
3)信號源視為短路,但是保留其內(nèi)阻
前兩個(gè)都比較好理解,電容隔直流,電感通直流,第三條是運(yùn)用疊加定理,短路信號源,只分析直流作用下的電路工作狀態(tài)。
交流通路:輸入信號作用下交流信號流經(jīng)的通路,用于研究動(dòng)態(tài)參數(shù)。
1)容量大的電容視為短路
2)無內(nèi)阻的直流源視為短路
第一條只要電容足夠大,輸入信號頻率足夠高,容抗就可忽略不計(jì),電容視為短路。第二條也是運(yùn)用疊加定理,短路直流電源,只分析交流信號源作用下的電路工作狀態(tài)。不少人對直流短路分析很困惑,實(shí)際上直流電壓源內(nèi)阻非常小,單獨(dú)分析信號源的時(shí)候,可以認(rèn)為直流電源短路。實(shí)在不好理解,可以這么想,直流電壓源的正極和GND之間有很多的電容,都是通交流的。
下面結(jié)合疊加定理分析以下輸入阻抗:
左邊虛線方框中模擬了一個(gè)有內(nèi)阻信號源,內(nèi)阻R3= 5K,輸出信號連接到兩個(gè)分壓電阻。
先看一下輸入輸出波形:
紅色(Channel B)輸入波形是1V峰峰值的交流信號,紫色(Channel B)輸出是帶有2.5V直流分量,峰峰值為500mV的信號。
為什么出現(xiàn)這種情況呢,我們現(xiàn)在使用疊加定理計(jì)算:
1)只有直流VCC存在,直流不能通過C1,輸出電壓為R1和R2分壓,Uout1如下:
將相應(yīng)數(shù)值代入以上公式中得出Uout1 = 2.5V,相當(dāng)一個(gè)直流偏置。因?yàn)镃1的存在,使得這個(gè)分量和R3無關(guān)。
2)只有交流信號源存在,VCC接GND,C1對于交流信號相當(dāng)于短路,輸出電壓相當(dāng)于R1和R2并聯(lián)然后和R3分壓,Uout2如下:
將相應(yīng)數(shù)值代入以上公式中得出Uout2 = 0.5Uin,Uin是峰峰值為1V的信號,所以Uout2是峰峰值為500mV的交流信號。根據(jù)疊加定理得出,這兩個(gè)信號同時(shí)作用時(shí)的輸出為兩者之和,即:
Uout = Uout1(直流) + Uout2(交流)
從示波器上看就是帶有2.5V直流分量,峰峰值為500mV的信號。輸入交流信號被衰減了一半。這是由R3導(dǎo)致的,R3和后端輸入電阻把輸入信號分壓。
從這里就可以看出,如果不想輸入信號被衰減,需要使R3盡可能的小,R1//R2盡可能的大,在這里R1和R2的并聯(lián)值為后端網(wǎng)絡(luò)的輸入阻抗。
所謂輸入阻抗是對輸入信號來說,也就是對輸入信號的阻礙,和直流偏置沒有關(guān)系。因此輸入阻抗為R1//R2。
再來看共射極放大電路:
這個(gè)電路前面文章介紹過,這是個(gè)放大倍數(shù)為兩倍的電路。三極管的基極電流很小,可以忽略不計(jì),或者認(rèn)為三極管的出入阻抗很大和R2并聯(lián)后接近R2,因此共射放大電路的輸入阻抗就是R1和R2并聯(lián)。
現(xiàn)在我們來驗(yàn)證一下,給信號源增加一個(gè)內(nèi)阻R3,R3=17K≈R1//R2,輸入信號源為1KHz,峰峰值200mV,查看現(xiàn)象。
首先測量三極管基極波形,發(fā)現(xiàn)輸入信號被衰減了一半,變?yōu)?00mV峰峰值,由此可見共放大電路的輸入阻抗就是R1和R2并聯(lián)值。
輸入輸出波形相位相反,幅值相同,即放大倍數(shù)是1,而不是原來的2倍。因?yàn)樾盘栐幢凰p了。
輸出阻抗:
因?yàn)槿龢O管是個(gè)流控流型的器件,因此可以看做一個(gè)恒流源,只是這個(gè)恒流源的電流隨輸入信號變而變化。這個(gè)恒流源不太好理解,我們結(jié)合仿真,說一下,下圖中輸入峰峰值200mV的信號,測量各個(gè)支路交流峰峰值如下,這里不管怎么調(diào)節(jié)負(fù)載電阻RL,集電極電流不變,且負(fù)載電流和Rc電流之和等于集電極電流。說明集電極電流不隨負(fù)載變化而變化,三極管等效為恒流源。
直流通路只是提供了一個(gè)偏置電壓,我們只分析交流通路即可,如下是交流通路等效電路。
我們都知道恒壓源的內(nèi)阻可以看做是0,恒流源的內(nèi)阻可以看做無窮大,射極電阻Re相對恒流源的無窮大電阻可以忽略不計(jì),因此共射極放大電路的輸出阻抗是Rc//∞,即,Rc。當(dāng)給以上電路增加一個(gè)負(fù)載電阻RL=Rc,由于恒流源的電流不變,因此流過Rc的電流減半,導(dǎo)致輸出電壓減半。
上圖中輸入峰峰值200mV,輸出只有50mV,這是因?yàn)檩斎胄盘柋凰p了一半,放大倍數(shù)為兩倍,輸出又被衰減了一半,因此此電路輸出只有峰峰值50mV。
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