【电赛公开课】模拟电路基础知识讲座_第10课_共射放大电路2

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查看: 9567回复: 2 发表于 2019-1-3 09:59:11   只看该作者
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。


本节文字课程相关视频:

1 共射放大电路的饱和现象
图1的参数是精心设计过的,它保证了三极管始终工作在放大区(也就是一直满足ic=βib)。本节我们将设计另一些例子,让三极管不总是能工作在放大区。
1.png
图1 带直流偏置的共射放大电路仿真
                       
我们回到输出波形,uO的最小值低于0V会怎样?如何调整给定参数可以观测到这样的现象呢?
1) 设输入信号ui=3+sinωt,则:
001.png             (1)
2) 从式(1)看出,uo最大值为8.5V,而最小值为-1.5V。但即使是理想情况下(不考虑UCES以及URE,输出电压uO的波形)只能是如图2所示,绝对无法得到负电压。
3) 所谓“饱和”失真,就是三极管RCE已经减到最小,仍然无法满足人类欲望(式(1)中uO最小值期望-1.5V),于是信号看起来就“削底”的现象。


2.png
图2 三极管放大电路的饱和失真
                        
通过用TINA仿真,可以进一步修正以上分析,TINA波形如图3所示:
  
3.png
图3 共射放大电路饱和失真的TINA仿真
                  
1) 由于RE上分压URE的存在,uO的输出电压还受URE的钳位,即不可能低于URE,从而URE电压通常表现为uI-0.7V。
2) 当三极管饱和时(在TINA仿真中UCES近似为0),UC(也就是uO)的电压就近似等于VE电压,于是就有了图3中uO与uI形状相似的那一部分(差0.7V的UBE)。



2 共射放大电路的截止现象
与饱和失真相对应的是截止失真,式(1)中输出信号uO的最大值高于VCC会怎样?如何调整给定参数可以观测到这样的现象呢?
1) 设输入信号uI为 ui=1+sinωt,则输出信号uO为:
002.png           (2)
2) 从式(2)看出,uO最大值为18.5V,而最小值为8.5V。但即使是理想情况下,输出电压uO的波形只能是如图4所示,无法超过电源电压VCC。

4.png
图4 三极管放大电路的截止失真
                          
用TINA仿真得到的波形如图5所示:
  
5.png
图5 共射大电路截止失真的TINA仿真
                          
1) 与饱和失真不同,uO的输出最高可以到达到VCC电源轨。
2) 所谓“截止”失真,就是三极管RCE已经达到最大(断路),仍然无法满足人类欲望(式(2)中uo最大值期望18.5V),于是信号看起来就“削顶”的现象。


3 电压源的交流等电位
实际电路对不同频率信号的阻抗和电位是不一样的。参考图6所示的电压源电路,对于直流电来说,AB两点的电位当然不同,相差一个VCC。但对于交流电来说,AB的交流电位却是相等的。

6.png
图6 直流电源的电位
                                          
1) 从直流电源的角度,由VA=VB+VCC可以很轻易推导出ΔVA=ΔVB,这就是交流电位相等的概念。
2) 从阻抗的角度出发,电容的阻抗为1/jωC,电压源两端都要并联“海量”的电容,所以电压源两端的交流阻抗为0,进而可以认为电压源两端交流等电位。
3) 基于以上分析,电路中的电池、大容量电容、导通状态的二极管、导通状态的稳压管、导通状态的三极管BE极,多数情况下都可认为交流阻抗为0且两端交流等电位。


4 共射放大电路的输入阻抗和输出阻抗
分析电路的输入输出阻抗是十分有必要的,部分反映了电路性能的优劣。放大电路中的输入输出阻抗如无特别说明都是针对交流信号而言的。对于通常的电压信号,电路的输入阻抗大、输出阻抗小是性能优异的表现。
7.png
图7 带直流偏置的共射放大电路

图7共射放大电路输入阻抗的等效电路可以等效为图8所示电路:
1) 交流等效电路中不存在VCC,R1和R2等同于并联接地。
2) 另一个支路只能等效阻抗为RE’,另外由图8(b)求解。
3) 参考图8(b),可以推导出等效阻抗RE’为:
003.png                          (3)
  
  4) 综合考察三个支路,总的输入阻抗为式(4)
004.png                                         (4)
式(4)说明,除去提供直流偏置所需的电阻R1和R2外,由于RE被放大β倍才等效作用到输入端,所以共射放大电路的输入阻抗是比较大的,这是其优点。

8.png
图8 共射放大电路阻抗示意图
                        
求解共射放大电路的输出阻抗很简单,如图9所示:

9.png
图9 共射放大电路输出阻抗计算电路
                             
1) 空载时,电路的放大倍数为Av=-Rc/Re。
2) 带上RL时(设RL=RC),由于电解电容对交流短路,所以RL与RC是并联关系。因此电路的放大倍数变为式5,降低为空载时的一半。根据输出阻抗的定义可知,输出阻抗的大小就是RC。
005.png           (式5)
3) 由于功耗等原因,RC一般最少在1kΩ数量级,所以共射放大电路的输出阻抗特性是不太理想的(带不动小电阻的重负载)。


5 共射放大电路电路的密勒效应
如图10所示,三极管存在结电容CBC和CBE,它们与基极体电阻r,构成低通滤波器。
1) 对于电容CBE构成的低通滤波器,无法避免且还不算太冤。
2) 而由CBC构成的低通滤波器,却由于共射放大电路的接法而会倍增低通效果。
3) CBC的另一端交流电位实际是-AvI,这样一来加载在CBC两端的电压就是(1+A)vI,可以看做CBC的实际效果是(1+A)CBC,这就是密勒效应。(A=|vO/vI|)
4) 密勒效应使得共射放大电路的带宽最窄,频率特性最差(不能放大高频信号)。

10.png
图10 密勒效应


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.    三极管共射放大电路,如果发生削顶失真,对于输入信号的直流偏移可以采取的措施是?
       参考答案:降低输入信号直流电平
2.    三极管共射放大电路,如果发生削底失真,对于输入信号的直流偏移可以采取的措施是?
       参考答案:抬升输入信号直流电平
3.    米勒效应会给共射放大电路带来什么影响?
       参考答案:降低共射放大电路带宽

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二氧化硅

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发表于 2019-1-3 19:39:55   只看该作者
1.增大基极电压Vbb,改变电阻并不能确保进入截止区的部分重新进入放大区;
2.增大Vcc;增大基极电阻;减小集电极电阻;换一个放大倍数小的。均能增强集电极收集电子的能力
3.密勒效应使得共射放大电路的带宽最窄,频率特性最差(不能放大高频信号)

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一粒轻沙

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发表于 2021-3-23 14:59:13   只看该作者
共射放大电路时:
若出现削顶失真,则表明静态工作点过低,此时三极管工作在截止区域,可以采取提高静态工作点,即增大输入电压的方式来调整电路。

若出现削底失真,则表明静态工作点过高,此时三极管工作在饱和区域,可以采取降低静态工作点,即减小输入电压的方式来调整电路。

弥勒效应会使共射放大电路的低通特性增强,带宽变窄,无法放大高频信号。
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