一 輸入阻抗
之前已經(jīng)提過(guò)此電路的輸入阻抗是R1和R2的并聯(lián)值。
如果拿到別人設(shè)計(jì)的電路(可能更復(fù)雜),怎么得到輸入阻抗呢?使用滑動(dòng)變阻器Rs搭建如下電路。調(diào)整Rs的值,使A點(diǎn)電壓Va=0.5*V1時(shí),Rs=Rin。注V1是交流信號(hào)的幅度,不包括直流信號(hào)。
二 輸出阻抗
輸出阻抗的確定,需要結(jié)合負(fù)載電阻進(jìn)行。先測(cè)試無(wú)負(fù)載時(shí)(即放大電路開(kāi)路時(shí)的)輸出電壓Vo1,再加上負(fù)載RL,得到輸出電壓Vo2。調(diào)整RL的值,使Vo2 = 0.5 * Vo1時(shí),得到Ro=RL。
對(duì)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(wěn)定后的放大倍數(shù)是9.4dB,和理論計(jì)算值20log3=9.54dB差異不大。這是因?yàn)橹袄碚撚?jì)算時(shí),假設(shè)IE=IC。但是實(shí)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(jì)算值接近(上一篇中提到耦合電容C1和C2的選擇)。也就是說(shuō)此放大電路的低頻特性受它的輸入電路影響。
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
順帶說(shuō)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(shù))為1時(shí)的頻率,是晶體管頻率特性的標(biāo)志性特性。
四 晶體管的寄生參數(shù)
在晶體管內(nèi)部存在寄生電阻和寄生電容。基極有寄生電阻Rb。在三個(gè)端子間有寄生電容Cbc、Cbe、Cce。
考慮晶體管寄生參數(shù)之后得到的電路如下:
只有交流信號(hào)被放大,只看交流電路如下
從交流角度看電源和GND是一樣的,因此等效電路如下。
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(shí)會(huì)衰減的原因之一。
總結(jié):根據(jù)上述兩節(jié),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?yàn)檩斎攵烁糁彪娙莺突鶚O偏置電阻造成。高頻部分衰減是因?yàn)榫w管的寄生電阻和寄生電容造成。
五 提高放大倍數(shù)的方法
如果想得到更大的放大倍數(shù),改變集電極電阻和發(fā)射極電阻是最通用的做法。不過(guò)如果修改這兩個(gè)電阻(特別是改變了他們的比值關(guān)系),有可能會(huì)改變偏置狀態(tài),即改變電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。從而導(dǎo)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(guān)系,還能提高交流增益,可以使用如下電路。在發(fā)射極電阻上并聯(lián)電阻R5和C5。因?yàn)镽5和C5這一支路只能通過(guò)交流,無(wú)法通過(guò)直流。因此它不會(huì)改變電路的直流電位,會(huì)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(diǎn)。從交流角度看,C5相當(dāng)于短路(在一定頻率范圍內(nèi)),發(fā)射極電阻由R4和R5并聯(lián)組成,R4//R5=330R。
放大倍數(shù)Av=R3/(R4//R5)=18.18,大約是25.19dB
如下左圖是原始電路的放大倍數(shù)(9.39dB),右圖是增加R5和C5之后的放大倍數(shù)(24.56dB),與計(jì)算結(jié)果差不多。
還有另一種類似的辦法如下圖,也可以達(dá)到同樣的效果。將原圖中的R4分為R5和R4兩部分串聯(lián),再并聯(lián)一個(gè)電容。仿真結(jié)果與前一方法一致。
需要注意的是,因?yàn)榻涣鞣糯蟊稊?shù)變大,輸入信號(hào)被放得更大,導(dǎo)致輸出信號(hào)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(shí),輸出波形。右圖是V2=100V時(shí),輸出波形。
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