分析问题时,首先问自己,耦合方式是什么(直接耦合、阻容耦合……)以及为什么要采用这种耦合方式? (不懂的话看前面的文章)考虑各级基本放大电路
要求输入电阻很大(兆欧级)——输入级场效应晶体管放大电路输出电阻很小(
要求获得尽可能大的输入电压——场效应晶体管和共集电极放大电路,以及获得大的输入电流——共基极放大电路
需要电压放大 - 共发射极和共基极放大器电路以实现电压跟随 - 共集电极放大器电路和共漏极放大器电路
实现电流跟随——共基极放大电路
上述结论仅给出了达到一定性能指标的可能性。 要真正达到设计目标,必须充分考虑级联后前后级的相互影响,因为这种影响可能会导致电路失去作为单级放大电路的性能。 例如,虽然共集电极放大电路具有输入电阻大的特点,可以实现电压跟随,但共集电极放大电路采用共基极放大电路作为负载电路,后者的输入电阻为小至几十Ω,导致前者的输入电阻明显变小,输出电压明显小于输入电压,无法跟随输入电压。
2. 实践培训
例1.电路如图所示。 晶体管T1、T2、T3的电流放大倍数分别为β1、β2、β3。 be之间的动态电阻为rbe1-rbe3。 适用于各种级别的静态工作点。
1.电压放大系数Au、输入电阻Ri、输出电阻Ro的表达式
2. 如果电阻R4短路,输出电压是多少?
(1)如图所示为两级放大电路。 第一级为共发射极共集电极组合放大电路,第二级为共集电极放大电路。
第二级输入电阻:Ri2=rbe3+(1+β3)(R5//RL)
由于T2管的集电极电流IC2是发射极电流Ie2的α倍,且Ie2等于T1管的集电极电流Ie1
Ie2= alpha 2Ie2= frac{beta2}{1+beta2} Ie2 Ie2=Ie1
交流等效电路
第一级电路放大倍数:Au1= frac{Uo1}{Ui} =——frac{Ic2(R4//Ri2)}{} —— frac{Ic1(R4//Ri2)} {} = —— frac{beta1(R4//(rbe3+(1+beta3))(R5//RL))}{rbe1}
第二级电压放大倍数:Au2= frac{Uo}{Ui2} = frac{(1+beta3)(R5//RL)}{rbe3+(1+beta3)(R5//RL) }
整个电压的放大倍数Au=Au1 times Au2
输入电阻Ri=R2//R3//rbe1
输出电阻Ro=R5// frac{rbe3+R4}{1+beta3}
也可以认为是三级放大电路。 第一级为共发射极放大电路,第二级为共基极放大电路,第三级为共集电极放大电路。
(2)如果R4短接,T3的基极接+VCC,没有交流信号,所以输出电压为0
例2 如图所示,已知晶体管T1~T7的电流放大系数为β1~β7,且β1=β2,β4=β6,β5 = β 7. T1~T7的动态电阻为rbe1~rbe7且rbe1=rbe2,rbe4=rbe6,rbe5=rbe7。 静态时,T1~T7的U_{BEQ}和二极管的导通电压UD均为0.7V,输出电压为0
问:(1)uo静止时,UCQ3和UBQ6各是多少伏?
(2) 如果I=200μA,T1和T2的集电极电流大约是多少?
(3) 如果R3=200Ω,R4=15KΩ,VCC=24V,T3的静态集电极电流大约是多少?
(4) 如果静态时输出电压稍微偏离0V,应调整哪个元件参数? 如果静态时输出电压为0V,需要调整哪些原始参数?
(5) 电流电压放大倍数Au、输入电阻Ri、输出电阻Ro的表达式
如图所示电路是一个三级放大电路。 第一级是带有恒流源的单端输入单端输出差分放大电路。 第二级是共发射极放大电路。 第三级是使用复合管的准互补输出级。 R3、D1、D2的作用是消除输出级的交越失真。
1、由于T4~T7静态时UBEQ为0.7V,而输入为0时电路输出为0什么比例运算电路的输入电阻大,所以uo=0V,UCQ3=1.4V,UBQ6=-0.7V
2、由于差分放大电路是对称的,且I=200μA,β1=β2>>1,因此ICQ1=ICQ2\frac{I}{2}=100μA
3、如果R4=15KΩ,则在忽略互补输出级基极电流的情况下,T3的静态集电极电流大约为R4的电流。
ICQ3 frac{UCQ6-(-VCC)}{R4} = frac{-0.7+24}{15} 1.55mA
为什么不能用R3的阻值及其电压来求解?如果用R3的阻值及其电压来求解T3的静态集电极电流,则:
ICQ3= frac{UBEQ4+UBEQ5+UBEQ6-UD1-UD2}{R3} = frac{0.7}{0.2} 3.5mA
分析基于以下事实:导通时晶体管be与二极管之间的结压降为常数(0.7V)。 但实际上,无论是晶体管还是二极管,导通时的结压降都不是一个常数(0.7V),因为用这种方法计算的数据存在较大误差:而结电压0.6~0.8V的压降对R4上的电压影响不大,R4上的电压远大于结压降可能的变化范围,因此通过R4的电阻及其电压计算出的电流接近实际目前什么比例运算电路的输入电阻大,误差可以忽略不计。
4、如果静态时输出电压稍稍偏离0V,则应调整R3的阻值。如果静态时输出电压偏离0V较远,则应调整两对复合管,使其参数基本对称; 如果确定两对复合管对称性良好,则应调整R4的阻值
5、交流等效电路如图所示。 图中R3、D1、D2上的动态电阻忽略不计,相当于短路。 互补输出级的两对复合管在信号的正负半周交替工作,所以只有T4和T5部分退出
交流等效电路
第二级和第三级的输入电阻
Ri2=rbe3+(1+β3)R2
Ri3=rbe4+(1+β4)[rbe5+(1+β5)RL
首先求出各级电路的电压放大倍数,然后求出整个电路的电压放大倍数Au。
Au1=- frac{1}{2} frac{beta(R1//Ri2)}{rbe1} =- frac{1}{2} frac{beta1[R1//(rbe3+(1+ beta3)R2]}{rbe1}
Au2=- frac{beta3(R4//Ri3)}{rbe3+(1+beta3)R2} =- beta 3 frac{R4//[rbe4+(1+beta4)[rbe5+(1+ beta5)RL]}{rbe3+(1+beta3)R2}
Au3= frac{(1+beta4)(1+beta5)RL}{rbe4+(1+beta4)[rbe5+(1+beta5)RL}
Au=Au1 × Au2 × Au3
输入电阻:Ri=2rbe1
输出电阻:Ro= frac{rbe5+ frac{rbe4+R4}{1+beta4}}{1+beta5}
三、总结
经过两个例子,我发现分析方法和基本放大电路是一样的。 思路比较简单,容易思考,但是计算量可能太大。 比较困难的是交流等效电路的画法。 这个需要牢记直流电源接地,电容接地,电流源短路,自己试试,多画,多用笔,这里的规律性很强,可以看画得熟练,一看就知道,不用画通讯路径也能快速解决问题
等电位点分析法:首先分析电路中各点电位的高低关系,然后根据各点电位的高低关系依次排列。 将等电位的点画在一起,然后将各个元件依次连接到相应的点上,就可以看到电路结构
电流分析方法:从电源的一极开始,依次画出电流的开启和关闭。 注意:如果有点,则必须先绘制完一条线,然后才能开始第二条线。 不要错过任何一条。一般先画主路,然后画支路。