看到这个主题,很多论坛的朋友都会嗤之以鼻。 这三个电路上完电路公共基础课后开始学。 这有什么难的? 决定放大饱和区域,获得已知条件开始解答。 这是大学期末的做法,实际的产品设计中没有那么多已知的条件可以判断,是项目的需要。 我想取得什么效果,具体怎么实现,工程师应该想办法实现。 这里只讨论晶体管在放大区域active mode )中工作的共射、共集、共基放大电路。 晶体管工作在饱和区的判定条件简单,设计也比较简单。 晶体管在放大区域工作,需要设定直流工作点,增加交流小信号后,不影响直流工作点,因此要求增加的直流小信号振幅。
以下分析过程有很多参考了无忧无虑的服装的书,感兴趣的朋友请一定要去看。 很多分析过程都来自书本,但归纳起来,外观方便直接,也增加了一些自己的认识和理解。
《fundamentals-of-microelectronicsbehzad》
下图是直观的例子。 晶体管被用作放大器的图像。 虽然输入信号只有10mV,但最后需要驱动8的扬声器。 这与信号的放大、阻抗的匹配有关。 Amplifier的输入阻抗Rin相对于信号源的内阻200)足够大,输出阻抗相对于喇叭8足够小。 根据上一篇文章所述的内容,这个Amplifier是一个典型的电压放大器,通过使用电压串联负反馈可以实现输入输出阻抗的匹配。 这对于学术上的名字我很少听到。 说到共集放大电路就知道了。 然而,谐振集中放大电路的放大率1,不起到放大的作用,并且通常级联到谐振放大电路使用。 在以下部分展开说明;
本文绘制的电路图都是默认直流路径已经建立后,仅分析交流小信号的放大率和阻抗。 分析中,直流电压均识别为交流GND分析。
在晶体管的小信号分析中,如各种教材中指出的那样,晶体管的小信号电路模型表示晶体管是电流控制装置,即输出电流ic被电流ib控制,但ib的大小由基极和发射极之间的电压差vbe决定晶体管也可以看作电压控制型电流器件,输出电流ic被控制为输入电压vbe,许多根也为v,因此使用以下的式
ic=gm*v
这里,gm是跨导,表示正向控制作用的增量跨导vbe对ic的控制),同时gm=ICQ/VT是直流静态工作点的集电极的电流和热电压常温25mV )的比,因此否则交流放大电路也会改变。
有了这个基本公式,交流信号从晶体管的3个极输入的阻抗是多少就变得容易理解了。
例1 )外加信号源加在基座上,将基座上看到的阻抗定义为哭泣的冬瓜n=vx/ix,也可以表示为r=vx/ix,
很明显r=vx/ib,
ic=gm*v=*ib,
如果将以上等式简化,则r=/gm
例2、将外加信号源加到基础上,定义为集电极阻抗为泣的冬瓜n=vx/ix,
从源极等效图可以看出,晶体管的基极和发射极都是交流地,所以ic=gm*v=0,哭冬瓜n=ro
因此,从集电极看阻抗为ro,ro为厄利电压,反映了基带宽度调制效应,ro=VA/ICQ也与直流静态工作点有关
例3、将施加信号源施加到发射极,将从发射极看到的阻抗定义为哭泣的冬瓜n=vx/ix,
我想吐槽一句,WPS的公式编辑很麻烦。 还是手写方便。
从下面的导出可知,从发射极看到的阻抗是1/r) gm的倒数,但在放大区域工作的晶体管的放大率) >; 1,=r*gm ) >; 因为知道是1,所以gm ) >; ) 1/r) )
所以从发射极看到的阻抗是1/gm )
outiaoimg.com/origin/pgc-image/0f1742a3302c44788883bf9252c198ed?from=pc”>
现在写了这么多貌似,还没有写到一个完整的电路,磨刀不误砍柴工。有了这三个基本阻抗的计算结果,再去看复杂的电路,就会很简单的。
一:共基放大电路:
下面推导一个共射放大电路的放大倍数,输入阻抗,输出阻抗的电路;
下图是一个共基放大电路的小信号模型,直流通路默认设计完成。
定义vπ和vout电压方向都是上正下负,因此iout方向和ic方向是相反的
Ic=gm*vπ=-vout/Rc
Vπ=-vout/Rc*gm)
ic=β*ib
ib=Vπ/rπ
由以上式子可知
Vπ/rπ=–vout/Rc*β)
对P点电压进行分析:
Vp=-ib*rπ+Rs)=[vout/Rc*β)]*rπ+Rs)
ib+ic=ie
Vπ/rπ+gm*rπ=vp-vx)/RE
对以上的表达式联立求解,可以得到vout/vx的表达式:
A=Rc/[RE+RB/β+1)+1/gm]
输入阻抗的表达式哭泣的冬瓜n=vx/ix,需要画出下面的等效电路图。上文已经讲到,从发射极看入的阻抗是1/gm,流过Rs的电流是ix/1+β)
哭泣的冬瓜n=vx/ix
Vx=ix*RE+1/gm))+Rs*ix/1+β)
经过化简,哭泣的冬瓜n=RE+1/gm)+Rs*/1+β)
求解输出阻抗需要将输入信号接GND,在输出端加激励源
很多书籍上计算共基放大电路的输出阻抗,都会忽略Rs的内阻,这样比较好分析。
1.先给出没有Rs请下的输出阻抗:
在节点P处,可以知道流出的电流也是ix,RE和rπ并联看待,vp=ix*RE//rπ
同时ix=gm*vp
激励源的电压vx=Vro+Vp
流过ro的电流是ix和gm*vp之和
Vro=ro*ix+gm*vp)
将以上等式联立求解,就可以得到输出阻抗Zout
2.当考虑信号源内阻Rs,计算输出阻抗
由于存在Rs,vp电压没有完全加载 BE之间,需要rπ和Rs分压
Vπ=vp*rπ/ rπ+Rs))
同时ix=gm* Vπ
流过ro的电流是ix和gm*vp之和
Vro=ro*ix+gm* Vπ)
将以上等式联立求解,就可以得到输出阻抗Zout
关于上面两个等式,显然只要Rs足够小,甚至可以忽略不计的时候,两个等式是完全成立的,所以在大部分书籍上面只是提到了章节1的表达式,在此做一个说明。
二 共射放大电路
有了共基放大电路的分析,再来看共射放大电路就好理解了。
照样先给出小信号的等效电路图,按照图示表示定义的电压方向,
根据小信号模型直接写出各种表达式,得到增益的结果,之前已经分析过gm>>1/rπ)
所以结果可以化简得到以下的结果
输出阻抗的求法由于需要将输入信号短接到地分析,所以小信号模型和共基放大电路输出阻抗是一样的,在这里再写一次:
输入阻抗是把小信号模型画出来,也就很容易就算出来来了:
Vx=ix*Rs+rπ)+ie*RE
哭泣的冬瓜n=vx/ix=Rs+ rπ+1+β)*RE
三 共集放大电路
最后的共集放大电路,一般是做跟随器使用,电压放大倍数始终是小于1,这个从表达式是可以看出来的,也画出小信号的等效电路图:
根据小信号模型直接写出各种表达式,得到增益的结果
由于Rs是信号源内阻很小,β值比较大,所以增益表达式是可以化简的
这个表达式和大部分书籍是一样的,显然Av恒小于1,所以共集放大电路电压放大倍数是小于1的。
由于计算输入阻抗的小信号等效模型和共射放大电路是一样的,所以输入阻抗的表达是也是一样的:
哭泣的冬瓜n=vx/ix=Rs+ rπ+1+β)*RE
增加测试激励源,Zout=vx/ix,由于ix有两条支路,显然输出阻抗是两个阻抗的并联,从发射极看入的阻抗哭泣的冬瓜和RE并联得到;
考虑内阻Rs,在支路1里面,之前讲到,从发射极看入的阻抗是1/gm; vx=i1*1/gm)+ib*Rs
Ib=i1/β+1),
从发射极看入的阻抗Z1=1/gm)+Rs*1/β+1)
支路2的阻抗就是RE
Zout=Z1//RE
啰嗦的写了这么多,至此完成三个晶体管基本电路的输入输出阻抗,放大倍数的分析,感兴趣的可以再次计算分析。最后将无心的服饰书本的总结性结论列出,方便大家查阅:
原标题:基本共射共集共基放大电路怎么工作,可以来看看
原作者:kk的回忆
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