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共射極放大電路參數解析

CHANBAEK ? 來源:從狒狒進化到硬件工程師 ? 作者:李曉晶 ? 2023-11-17 12:25 ? 次閱讀

一 輸入阻抗

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之前已經提過此電路的輸入阻抗是R1和R2的并聯值。

如果拿到別人設計的電路(可能更復雜),怎么得到輸入阻抗呢?使用滑動變阻器Rs搭建如下電路。調整Rs的值,使A點電壓Va=0.5*V1時,Rs=Rin。注V1是交流信號的幅度,不包括直流信號。

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二 輸出阻抗

輸出阻抗的確定,需要結合負載電阻進行。先測試無負載時(即放大電路開路時的)輸出電壓Vo1,再加上負載RL,得到輸出電壓Vo2。調整RL的值,使Vo2 = 0.5 * Vo1時,得到Ro=RL。

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對于基本共射極放大電路,Ro=R3,即輸出阻抗和集電極電阻R3一樣。

三 頻率特性

如下是電路的低頻頻率曲線。可以看到穩定后的放大倍數是9.4dB,和理論計算值20log3=9.54dB差異不大。這是因為之前理論計算時,假設IE=IC。但是實際上晶體管中IE=IC+IB,IC=hFE x IB。

另外,也可以看到低頻的截止頻率是0.908Hz,和之前計算值接近(上一篇中提到耦合電容C1和C2的選擇)。也就是說此放大電路的低頻特性受它的輸入電路影響。

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下圖是此放大電路的高頻特性曲線。它的高頻截止頻率大約在17MHz

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順帶說一句,如下圖此晶體管的spec中定義了fT的值。它表征晶體管hfe(交流放大系數)為1時的頻率,是晶體管頻率特性的標志性特性。

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四 晶體管的寄生參數

在晶體管內部存在寄生電阻和寄生電容。基極有寄生電阻Rb。在三個端子間有寄生電容Cbc、Cbe、Cce。

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考慮晶體管寄生參數之后得到的電路如下:

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只有交流信號被放大,只看交流電路如下

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從交流角度看電源和GND是一樣的,因此等效電路如下。

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Rb和Cbe//Cbc組成了低通濾波器。這也是為什么放大電路在高頻時會衰減的原因之一。

總結:根據上述兩節,可以知道。共射極放大電路的輸出頻率曲線中,低頻部分衰減是因為輸入端隔直電容和基極偏置電阻造成。高頻部分衰減是因為晶體管的寄生電阻和寄生電容造成。

五 提高放大倍數的方法

如果想得到更大的放大倍數,改變集電極電阻和發射極電阻是最通用的做法。不過如果修改這兩個電阻(特別是改變了他們的比值關系),有可能會改變偏置狀態,即改變電路的靜態工作點。從而導致最大輸出幅度畸變(集電極電壓顯著的偏向電源或者GND引起)。

為了不破壞直流電位關系,還能提高交流增益,可以使用如下電路。在發射極電阻上并聯電阻R5和C5。因為R5和C5這一支路只能通過交流,無法通過直流。因此它不會改變電路的直流電位,會增加交流增益。從直流角度看,還是由R3、Q1和R4決定直流電位點。從交流角度看,C5相當于短路(在一定頻率范圍內),發射極電阻由R4和R5并聯組成,R4//R5=330R。

放大倍數Av=R3/(R4//R5)=18.18,大約是25.19dB

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如下左圖是原始電路的放大倍數(9.39dB),右圖是增加R5和C5之后的放大倍數(24.56dB),與計算結果差不多。

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還有另一種類似的辦法如下圖,也可以達到同樣的效果。將原圖中的R4分為R5和R4兩部分串聯,再并聯一個電容。仿真結果與前一方法一致。

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需要注意的是,因為交流放大倍數變大,輸入信號被放得更大,導致輸出信號有失真。需要增加V2的電壓,才能將失真消除。如下圖左邊是V2=15V時,輸出波形。右圖是V2=100V時,輸出波形。

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