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《晶体管电路设计》铃木雅臣,模电,读后总结
输入阻抗
P23 如果电源内阻为0R,则电源正与相当于短路,则输入 阻抗为R1//R2,与输入隔直电容形成RC滤波器
P27 基极电压为一定值,减去0.6V,可知Ve也是固定值, Ie=Ve/Re,所以射极电流不变,Ice相当于恒流源,所以等 效内阻无限大,相当于断路,最后可知输出阻抗为Rc本 身。
输出阻抗
共模抑制比(CMRR):表示加在两个输入端的同一信 号成分有多大程度能够受到抑制的特性。如果频率超 过一定值,两个晶体管相互抑制的能力会变差。
பைடு நூலகம்
插入图11.3 图中两个共发射极放大电路的发射极并在一起,并且 用一个三极管做恒流源,等效如图。由于发射极电流 是恒定的,那么可以将发射极的负载可以看成一个可 变电阻,电压升高则负载阻值也增大(I=V/R),以维 持电流恒定不变。而这两个负载电阻可以看成Vbe1与 Vbe2串联形成的,Vbe1增加则Vbe2减少。由于是两 个相同结构的共发射极放大电路并起来,所以两个电 压V1=V2,同时增加Δv,则经过放大后输出振幅也都会 增加Δv*Av(乘以增益倍),也就是说两个输出都会增加 Δv*Av,那么从输出端Vo1与Vo2之间测量压差Vo1Vo2=0。即,Vout=Vo1-Vo2=Av(Vi1-Vi2),也就是说这 个放大器是对Vi1与Vi2的差进行放大。
加负反馈也能改善频率特性及噪声特性,这也是其优点之一。 闭环增益越小,越能扩展高频特性。
为什么负反馈放大电路的增益是由反馈网络决定的(Rf、Rg)? 为什么加了负反馈网络后,增益就固定在一定值而与本身增益 无关,本来的放大电路具有离散性,那为什么加了负反馈后电 路增益就固定了? 原因:如果没有加负反馈,Rs上的电流is=Vi/Rs,如果输入电压 是一定的值,那么三极管的发射极交流电压就是交流输入电压 Vi,最关键的是加了负反馈后的叠加电压不能高于Vi,否则不能 工作。没有加反馈时电路的放大倍数是晶体管本身Hfe,是很大 的值,加负反馈后只会把整体放大倍数压制下来。如果输出电 压由Rf与Rs由分压后产生的电压超过Vi,则输入停止。所以由 反馈叠加到发射极的电压会接近输入电压Vi,而永远不会超过 。所以,整体增益会被反馈网络限制而与晶体管本身增益无关 。
渥尔曼电路 1、输入与输出反相; 2、频率特性非常好; 3、输入阻抗大; 渥尔曼电路比共发射极电路的高频特性好太多,比共基极 放大电路输入阻抗大,是两者优点结合体。实际上渥尔曼 电路与共发射极电路串联共基极电路是一样的性能。 与共发射极放大电路相比,仅增加了一个晶体管与基偏置 电路部分,但是因此而频率特性变得相当好。 P150
P30 因为密勒效应,频率特性不是很好。 晶体管寄生参数等效如下图,主要问题是Cbc。 基极端子的交流电压为Vi,集电极端子的交流电压为反相 的-Vi*Av (Av为放大倍数),所以加在Cbc两端的电压为 Vi(1+Av)。为此,在Cbc上流动的电流是Cbc上加Vi时的 (1+Av)倍(因为加了1+Av倍的电压) 由基极端来看Cbc时,可以将Cbc看成具有1+Av倍电容 的电容器,这就是密勒效应。 就是说,晶体管输入电容Ci=Cbc(1+Av)+Cbe,输入电 容Ci与寄生电阻Rb形成低通滤波器。因此在高频范围 内,电路的放大倍数下降。 晶体管数据手册一般以Cbc*Rb来表示,越小越好。
P235 差动放大电路渥尔曼-自举化 插入图11。18a 改善电路的高频特性。自举化后,电路能输入的同相 信号的振幅被限制问题就没有了,与共发射极放大电 路加渥尔曼自-自举后是一样的。
镜像电流源原理如图11.20 P239 镜像电流源是一种恒流电路。恒流电路的交流阻抗在 理论上是无阻大,所以电流镜像电路加到差动放大电 路的集电极上,就如同接上为无限大的负载电阻一 样,电路的增益变小得非常大(所用的晶体管能实现 的最大增益)。镜像电流源一般用双管,特性一致。 在NPN晶体管的差动放大电路中使用PNP晶体管,而 PNP晶体管的差动放大电路中使用NPN晶体管。
频率特性 (电压增益、相 位与频率之前的
关系)
关键问题点 电路改进
共集电极(射极跟随器) 1、输入与输出同相; 2、增益为1; 3、输入阻抗大,输出阻抗小; 4、负载能力强,一般接在共发射极和共基极等放大电 路后面。 只需要计算偏置电路,计算方法与共发射极相同
Av=1,不产生放大,输出跟随输入
P223 如上图11.6 从差动放大电路两个晶体管的基极看到的阻抗,即输 入阻抗R1与R2有必要取为同样的值。但是在使用FET 的差动放大电路中,由于没有栅极电流流动,即使输 入阻抗做得不平衡,也不发生由此而产生的输出电压 补偿。这也与OP放大器时一样,双极型晶体管输入的 OP放大器,从两个输入端看到的阻抗如果不一致,则 输出的补偿电压就变大。 与共发射极放大电路一样,为集电极电阻本身,即Rc
反馈电路 等所有的反馈电路都能适用(也能用到振荡电路那样 的正反馈电路中)。 但是这里面有个点没有理解:Vi与Va(即Vi`)有什么不一样?按 自己理解应该是同一个值,但实际不一样?
参考上图9.3,输入阻抗为基极偏置电阻并联值:R1//R6
P180 突然地增大裸增益,而又加上负反馈的话,输出阻抗能够大大 地下降,这是负反馈最大优点。例如:没加负反馈时Zo=10K, 裸增益A=60dB,若加了负反馈后增益Av=20dB,那么加负反馈 之后的阻抗Zout=10K * (20dB-60dB)=10k*(1/100)。
如上图,由于Tr2的基极电容接地,等效交流接地,所以推 断Tr1的集电极电位不变,也等效交流接地。所以渥尔曼电 路下面晶体管可以认为是电压增益为0的共发射极放大电路 (可以认为集电极接地,即集电极电阻为0,所以增益为 0)
P162 加渥尔曼自举的原因: 加反向齐纳稳压管或者几个正向二极管形成自举电路如下 图。原理是:输入电压变动引起下管Tr1的射极电压随输入 电压变化,导致上管Tr2的基极电压也同步变化,因而Tr2的 发射极(即Tr1的集电极)电压随之变化,总之,下管Tr1的 集射极电压Vce保持不变。从而使输入信号变大时的频率特 性和输入输出间的直线性变好,直至高频范围电路都稳定 地进行工作。
P179 电路中的反馈电阻Rf串联一个10UF电容目的也是隔直通交,如 果从输出电容的另一边取反馈,则可以省去这个电容。
差动放大电路 对两个输入之差进行放大。 差动放大电路是架在晶体管与IC之间的“”桥梁”。
插入图11.6
P218 如下图11.3 b 图b中Tr2基极接地,Tr1基极输入电压E,则Vbe1仅增 加E/2,Vbe2仅减少E/2(Vbe1与Vbe2之差为E)。 如果是取出Tr1与Tr2的输出Vi1-Vi2,则:Av=Rc/Re; 如果是取出一个晶体管的输出,则:Av=(Rc/Re) *1/2
项目
电路
共发射极
电路特性
1、输入信号和输出信号反相; 2、有较大的电流和电压增益; 3、一般用作放大电路的中间级。 4、共射极放大器的集电极跟零电位点之间是输出端,接 负载电阻.
直流电位计算 P17
P18 Av=vo/vi=Rc/Re
交流放大倍数
P33 Av=Hfe*Rc/Hie(Hie是共发射极小信号短路输入阻抗, 随晶体管的品种和工作点的不同而不同,大体上为110K),Rc也是K级别,所以近似Av=Hfe)
P107 功率放大电路中附加的保护电路:
共基极 1、输入与输出同相; 2、频率特性非常好,作为高频放大器使用; 3、输入阻抗小;
只需要计算偏置电路,计算方法与共发射极相同
P117 与共发射极相同: Av=vo/vi=Rc/Re
输入阻抗是Re与R3并联连接的值
输出阻抗与共发射极放大电路相同,为集电极电阻Rc本 身的值。
P51 与共发射极一样,输入阻抗Zi为基极偏置电路的上拉 和下拉电阻并联值。
P47 由图可知,等效后负载Rl与Re并联,输出电压不会受 Re影响,也就是交流输入电压与输出电压是相等的, 可以认为射极跟随器的内阻为0(严格计算为数R).
P56 没有密勒效应,频率特性很好。 与共发射极放大电路不同,集电极电容Cbc接地,并且 电路增益为1,所以由晶体管内阻Rb与输入电容 (Ci=Cbc)形成的低通滤波器的参数是固定的,与增 益没有任何关系,是很小的值,所以高频增益很好。
P52 普通射极跟随器在负载加重的情况下,会把底部波形 切掉,原因分析:
P69 P71 推挽型射极跟随器:是由射极跟随器演变而来,解决 了普通射极跟随器切底的问题,一推一拉增加电流能 力。 加入二极管是为了产生偏压,加入发射极电阻是防止 热击穿,输入部分加入三极管是为了使偏置电压随温 度变动,防止热击穿。
P121 由于输入输出同相,所以晶体管本身的输入电容Ci为Av1倍之后的Cce与Cbe之和(在Cce的两端加上Vi的Av-1倍 的电压,所以发射极看到的电容由于密勒效应成为Av-1 倍),Re与Ci形成低通滤波器。但是由于基极接地,导 致发射极电位不变,等效如图中发射极的交流阻抗为0, 与接地相同。即使发射极与GND之间连接电容成分Ci, 也没有形成低通滤波器。所以不会形成密勒效应。 与共发射极电路相比较,fch扩展两倍以上。
负反馈放大电路
加负反馈并不降低电路内部放大器的增益,而是在外表上减少 放大电路的输入电压或者输入电流,使得整体的增益变小。也 就是引入负反馈让输入电压或者电流减小,而本身增益不变, 所以输出电压或者电流也相应减小。
P172 (参考上图) 加负反馈后的交流放大倍数Av推导过程如下: 1、总原则:Is=If+Ie(Is是没有加反馈时的发射极电流,If是加 负反馈后发射极输入到Rs的电流,Ie是输出电压经Rf反馈流入Rs 的电流); 2、没加反馈时在Rs上形成的电流很容易得出:Is=Vi / Rs; 3、加了反馈之后,流经Rs电阻有两部分电流,一部分是负反馈 输入到Rs,一部分是加了反馈后的输出电压除以总增益Av的输 入电压,施加在Rs//Rf(等效所得输入阻抗)电阻上形成的电 流Ie。这两部分电流加起来与没加反馈时在Rs上形成的电流Is是 相同的。 4、放大电路本身的裸增益A是不会因为加了负反馈而改变的。 所以在加了负反馈之后输出电压为Vo,可以得出此时的输入电 压Va=Vo / A (Va就是图中的Vi`); 5、加负反馈后,从发射极看到地,Rf经电容等效后可以理解为 在交流时直接到地,也就是跟Rs并联到地,也就是说Va(即图中 Vi`)施加在阻抗Rs//Rf上(见下图),那么 Ie=Vo/(Rs//Rf)=(Vo/A) / (Rs//Rf)=(Vo/A)*(Rs+Rf)/(Rs*Rf); 6、加负反馈后,由于在反馈电阻Rf上的电流是输出电压Vo-Vi 很容易得出:If=(Vo-Vi) / Rf; 7、综合1、2、5、6四个公式,可得最终 Av=(Vo/Vi)=1/[1/A+Rs/(Rs+Rf)]。若A是非常大的值则最终公式 可以近似化简:Av=(Rs+Rf) / Rs (这就是增益公式的由来)。 8、若令ß=1/Av,则Av=A/(1+ß*A)。此公式对使用OP放大器的负 反馈电路 等所有的反馈电路都能适用(也能用到振荡电路那样 的正反馈电路中)。 但是这里面有个点没有理解:Vi与Va(即Vi`)有什么不一样?按 自己理解应该是同一个值,但实际不一样?