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晶体管单级放大电路的仿真与分析,晶体管放大电路的两种分析方法

来源:头条 浏览:0 2022-12-04 01:48:01

关于晶体管共射极放大电路的基本分析方法(参照附录1 ),以前已经说过。 本文重点与大家分享电路的性能分析,特别是电路的频率响应和频率选择特性,仍然非常有趣。 主要内容如下。

输入输出电阻的通带怎么样提高增幅一节7号电池能放大电路吗? 158MHz频带调谐放大电路,调频接收机图1是共射极放大电路。

晶体管单级放大电路的仿真与分析,晶体管放大电路的两种分析方法

图1公共端的放大电路图

“黑盒子

如果将放大电路用一个箱子覆盖,只留下输入端子和输出端子,则任何放大电路都可以看作是两个端口网络。

左为输入端口,内阻为Rs正弦波信号源Vs作用时,放大电路得到输入电压Vi,同时产生输入电流Ii;

右侧为输出端口,输出电压Vo、输出电流Io、RL为负载电阻。

根据放大电路不同,在Vs和RL相同的条件下,Ii、Vo、Io不同,这表示根据放大电路不同,从信号源求出的电流不同,对同一信号的放大能力也不同;

即使是同一放大电路,Vo也会因相同振幅、不同频率的Vs而不同。 也就是说,同一放大电路对不同频率信号的放大能力也有差异。

输入和输出电阻图2输入电阻的定义

输入电阻Ri是从放大电路输入端观察到的等效电阻,被定义为输入电压有效值Vi和输入电流有效值Ii之比:

Ri=Vi/Ii (公式1 ) ) ) )

那么,在输入电路图1中串联万用表XMM1,设定交流-电流范围; 将万用表XMM2并联,设定在交流-电压范围内,即可测量该电路的输入电阻。

图2输入电阻的测量

万用表XMM1的显示数、电流有效值20.267A;

万用表XMM2显示数、电压有效值349.973A;

因此,输入电阻等于17.27

图3输入电阻测量、万用表读数

在实际电路中,放大电路图1的输入阻抗是R1和R2的并联R1//R2。

(因为一般认为电源的阻抗为0; 由于晶体管基极电流极小,所以可以认为晶体管自身的输入阻抗非常大)

偏置电路R1和R2并联值为100k///22k约等于18k。 该值与实际电路测量值17.27基本一致。

电容器C1和C2是分离基极和集电极的直流电压,仅使交流成分通过的耦合电容器。

如图4所示,电容器C1和输入阻抗、与电容器C2连接的输出端负载电阻RL分别形成高通滤波器,是仅使高频通过的滤波器。

图4输入输出端的高通滤波器

基于电容器C1高通滤波器的截止频率是fc,

fc=1/2RC=1/2*10F*18k 0.9Hz (

由电容器C2和输出端子的负载引起的高通滤波器的截止频率fe会因为输出端子上连接了不同的负载电阻而发生变化。 因此,在设计电路的过程中,事先考虑好对该电路施加什么样的负荷是很重要的。

图5输出电阻的定义

Vo是带负载输出电压的有效值,

VO=rl/(rorl ) VO ) (式3 ) ) ) ) ) ) VO=rl/(rorl ) VO ) ) ) ) VO ) ) VO ) VO ) ) VO ) VO )式3 ) ) VO ) VO ) ) VO ) VO ) VO ) rl ) rl ) rl ) VO ) VO )

输出电阻

ro=(VO )/VO-1 ) rl ) )数4 ) ) ) ) ) ) ro=(VO )/VO-1 ) rl ) )数4 ) ) ) ) ro ) ) ro ) )

取得VO’和VO的值,就可以得出输出电阻。 从输出电阻式中也可以看出,Ro越小,负载电阻RL变化时的Vo变化越小,被称为放大电路的负载能力越强。

在实际电路图6中,输出电路先开路,即不连接负载,连接测试仪XMM2,设置交流-电压范围,即可测量电压VO’=1.716 v;

图6输出电阻测量,开路

然后,接通负载RL=10k,投入测试仪,设定为交流-电压范围,测定电压Vo=0.859V,根据式(4)求出输出电阻Ro10k;

图7测量输出电阻,接通负载RL,观察输出电压的变化

可知输出电阻Ro与电路内Rc电阻值一致,但这不是偶然的; 这是因为,如果将晶体管视为电流源,(即使负载变化,该电流也不会变化) )。

那么,电流源的内部阻抗可以认为是无限大,所以从输出端看到的阻抗,即输出阻抗就是RC本身。

图8晶体管视为电流源,输出电阻为RC

简单地说,(一般来说)晶体管共面放大电路的输入电阻是偏置电路R1和R2的并联,输出电阻是RC;

耦合电容器C1和C2分别由输入输出端和偏置电阻、RC构成高通滤波器。

通带通带用于测量放大电路对不同频率信号的放大能力。

因为放大电路中存在电容、电感、半导体器件的结电容等电抗元件,所以在输入信号的频率低或高的情况下,放大率的值会下降,产生相位偏移。

一般来说,放大电路仅适用于放大特定频率范围内的信号。

图9电路图1的频率响应

图9为电路图1的频率响应曲线。

中间段比较稳定,为13.81dB (约4.9倍,与理论值的5倍基本一致)。

20log(4.9 )13.81dB将倍率下降3dB定义为截止频率。

低频截止频率fc1=0.8Hz; 高频截止频率为fch=1MHz

怎么样(提高的倍率)如果想要提高的电路图1的倍率,可以更改RC和RE吗?

在前面的介绍中,我知道RC和RE的比决定了倍率Au。

但是,他们俩同时决定了电路的静态工作点。

如果想要不破坏电路的直流静态工作点,还想增加“元件”提高放大倍数,那容易想到的元件是——“电容”。

因为电容器隔断直流,通过交流,所以不影响直流的静态工作点。

图10发射极并联电容

如图10所示,将发射极电阻RE侧分为R=330、re’=1.6k两部分,保证静态总和保持2k不变。

在re’侧并联电容器C=100F时,保证在交流状态下直接短路re’。

Au=10k/330=30 (公式5 )

没有电阻r,用电容器c直接并联RE时,交流发射极电阻几乎为0。 从计算的观点来看,此时的交流扩大率应该是。

但是,显然是不可能的。

实际上倍率受到hFE、hIE的影响。 hFE是发射极间电流放大率,hIE是晶体管输入阻抗的常数。

共射极放大电路能实现的最大放大率为hIE。

1节5号电池可以放大电流吗? 当然,把电路中的Vcc换成5号电池。

1节5号电池的电压为1.5V。

图11单5电池1节的放大电路图

VCC设置为12V并不常见,至少与手头只有一节7号电池相比更为常见。

在偏置电路中加入二极管后,二极管的正向导通电压下降到0.6V。

要将Vcc更换为电池,使晶体管工作在放大状态,晶体管的基极-发射极必须正向导通,以保证VBE。

这是增加一个二极管的作用,二极管导通一次后,其电压降保持为0.6V。 即使电池电压降低,晶体管的VBE也能进行放大动作。

158MHz频段调谐放大电路目前有三个电池,利用该电路可以实现无线收发、调频接收机的应用。

由于该应用涉及RF电平,在实际电路的组装中必须十分注意。

图12高频放大电路

用LC并联谐振电路替换电路图1中的集电极。

在谐振频率fo下阻抗无限大; 在其他频率下阻抗变小。

我们知道,如果集电极阻抗大,对倍率有利。

(谐振电路的阻抗,即集电极负载电阻与发射极电阻之比决定电路的增益。)

因此,电路的频率响应与谐振电路的曲线相似。 仅选择放大调谐频率fo附近的信号。

理论计算:

fo=1/2LC=140 MHz (公式6 ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) )。

那么实际的电路怎么样呢? 这里晶体管选择了2SC3733。 请看图13

图13至图12的频率响应

正如预想的那样,电路在158MHz时增益最大,与理论计算的140MHz不同。

主要原因应该是晶体管的选择和电感问题。 很多书都出现了2SC2671。 班长没有做过实验。 做了实验的读者请告诉我。

附录1:1秒就能知道电路的放大率吗? 晶体管的放大电路设计、参数的选择如此简单

看看这里,为班长点赞吧! 欢迎来到评论区,在评论中讨论! 对共射极放大电路进行总结,就是这种被认为最简单的电路,有信号发生器、低通滤波器、高频增强、高频放大等各种各样的变法。

因为大家熟悉每一个电路,很难记住,所以建议大家掌握直流交流、高频低频的分析方法。 这样,在应用和DIY的过程中,就可以马上使用了。

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