【电赛公开课】模拟电路基础知识讲座_第15课时_共集放大电路2

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寒假已近尾声，大家陆续开学了，电赛公开课也从本周起恢复更新。勤勉好学的小伙伴们，快快跟上小编的课程，撸起袖子学起来！


关于电赛公开课
《模拟电路基础知识讲座》由 TI 邀请青岛大学傅强老师录制，深入浅出的介绍了模拟电路及电源相关的基础知识，帮助大家由浅入深地了解产品，更轻松的进行产品的选型和设计。
本课程共计80节视频内容，视频解析文字课40节，每周二、周四更新，欢迎同学观看学习。

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本节文字课程相关视频：
乙类功率放大电路
甲乙类功率放大电路
共射共集组合放大电路



1 乙类功率放大电路
甲类放大电路无论有无输入信号均有电流从VCC经RE流到GND，为了克服甲类功放效率低的缺点，如图1所示，可以将RE替换成PNP三极管，其基本思想是：
1) 输入信号正半周期T1导通，构成射极跟随器；
2) 输入信号负半周期T2导通，也构成射极跟随器；
3) T1和T2不会同时导通，所以没有静态功耗损失。

图1 乙类功率放大电路

观察图1可以发现，输出信号存在“交越失真”。
1) 由于T₁和T₂不总是导通，所以输出电压的表达式是非线性的：
     （1）
2) 当输入信号介于±0.7V之间时，输出为0没有变化，称为交越失真。


消除交越失真的方法如图2所示：
1) D1和D2的引入可以抵消掉T1和T2的UBE电压。
2) 只要D1和D2导通，就可以看做是0.7V的电池，有以下推导：
ua>0时，     （2）
ua<0时，    （3）


消除交越失真电路的几点注意事项：
1) 仿真时D1和D2要选普通二极管，例如1N4007，这样它们的管压降才是0.7V。如果选择成肖特基二极管了，管压降只有0.5V左右，不够抵消UBE。
2) 如果没有R3和R2，D1和D2将无法导通，式（2）和式（3）无法成立。
3) 从降低功耗角度来说，我们希望R3和R2的取值越大越好。但是R3和R2也不能取值过大，要根据负载电流来设计。负载电流就是射级电流IE，而IE=βIB，IB不足同样会导致失真。
4) T1和T2的基极电流IB要经过R3和R2，R3和R2过大可能导致基极电流不足。
  

图2 乙类功放消除交越失真

2 甲乙类功率放大电路
图3所示的乙类功放电路在小电流时性能良好，但是用于大功率功放电路时会有很大问题。
1) 大功率下，T1和T2三极管发热远比D1和D2严重，因为它们的电流相差悬殊。
2) 由于-2.5mV/℃的温漂作用，UBE会降低，但二极管管压降基本不变。
3) 使用图3所示电路来仿真这一现象，添加二极管D3和D4来模拟二极管管压降高于三极管uBE的情况。电流表的示数高达256mA，这远远超过5V电压加载在1kΩ负载上极限电流5mA。
4) 如此大的电流来源是T1和T2同时导通产生的（不流过负载），电流没有进一步增大的原因是R3和R4对三极管基极电流限制作用。
5) 温漂的最终结果是T1和T2因为过流发热损坏，这种现象称为热击穿。

图3 温漂导致的热击穿现象

大功率的纯乙类功放电路虽然可以靠“热耦合”来缓解热击穿，但是最终解决方案还是采用甲乙类功放电路。如图4所示，给T1和T2加上射级电阻R4和R5可以限制热电流。
1) 引入R4和R5以后，相当于部分引入了RE，会有额外功耗，但是要远小于甲类功放的RE功耗。
2) R4和R5越大，限制热电流的作用越明显，但是此时负载可获得的最大电流也会受限。
注：热耦合原理是将发热元件与不发热元件紧密靠在一起（散热面紧贴、涂抹导热硅脂、加压力），让两者最终温度差不多，以减小温差带来的温漂。

图4  甲乙类功放电路

3 共射共集组合放大电路
总结一下共射放大电路和共集放大电路的优缺点：
              
表1 共射放大和共集放大特性比较

名称	输入阻抗	输出阻抗	能否电压放大	频率特性
共射放大电路	高	高	能	差
共集放大电路	高	低	否	好

1) 共射放大两个主要缺点，输出阻抗高（不能带重负载），频率特性差（不能放大高频信号）。
2) 共集放大电路就一个缺点，不能放大电压。
3) 共射放大和共集放大电路的组合可以解决共射放大输出阻抗高的问题。

如图5所示为组合放大电路，实现对2VPP/1kHz正弦信号5倍放大，并带50欧负载：
1) 设计的过程必须从负载开始反推，由负载R6根据共集放大电路不削底原则选取合适的R₃。
2) 共射放大电路取自之前的设计，但是由于负载较重（βR₃），整体的电阻缩小了10倍。

图5共射共集放大电路

以上就是本节公开课的全部内容，通过本节课程的学习，你收获了什么？

欢迎大家留言作答以下题目，答案将在下期公开课公布。在答案公布前作答正确的同学，还将获得5枚赫兹币奖励哦~

课后问答：
1、乙类功放交越失真的现象是什么？

参考答案：输出波形在靠近0V附近失真。

2、肖特基二极管是不是可用于乙类功放中来消除交越失真？

参考答案：使用二极管消除交越失真，是基于外部二极管的压降抵消三极管Ube电压。对于肖特基二极管来说，压降与三极管Ube特性差异较大，抵消效果不佳。

3、大功率的功放电路，采用乙类功放还是甲乙类功放更好？

参考答案：使用甲乙类功放更为妥当，因为乙类功放容易发生热击穿。

4、共射共集组合放大电路的主要特点是什么？

参考答案：输入阻抗高，输出阻抗低，可放大电压也可放大电流。

青春已被氧化

我还能赶得上不？

1.输出波形在0V附近失真。
2.考虑加上二极管，通过二极管的的压降抵消三极管基极与发射极的电压。
3.使用甲乙类功放
4.高输入阻抗，低输出阻抗，电压和电流都可以放大。

走路带风

1.当输入信号介于±0.7V之间时，输出为0没有变化。
2.肖特基二极管管压降只有0.5V左右，不够抵消UBE
3.甲乙类功放电路。乙类功放电路在小电流时性能良好，但是用于大功率功放电路时可能会热击穿。
4.输入阻抗高，输出阻抗低，可以放大电压，频率特性好

杨文渊

.当输入信号介于±0.7V之间时，输出为0没有变化。
2.肖特基二极管管压降只有0.5V左右，不够抵消UBE
3.甲乙类功放电路。乙类功放电路在小电流时性能良好，但是用于大功率功放电路时可能会热击穿。
4.输入阻抗高，输出阻抗低，可以放大电压，频率特性好