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多級放大電路的組成分析問題及實戰(zhàn)訓練例

2024-02-24 20:41:57信息公告45

分析問題時,首先問自己,耦合方式是什么(直接耦合、阻容耦合……)以及為什么要采用這種耦合方式? (不懂的話看前面的文章)考慮各級基本放大電路vZh物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

要求輸入電阻很大(兆歐級)——輸入級場效應(yīng)晶體管放大電路輸出電阻很小(vZh物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

要求獲得盡可能大的輸入電壓——場效應(yīng)晶體管和共集電極放大電路,以及獲得大的輸入電流——共基極放大電路vZh物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

需要電壓放大 - 共發(fā)射極和共基極放大器電路以實現(xiàn)電壓跟隨 - 共集電極放大器電路和共漏極放大器電路vZh物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

實現(xiàn)電流跟隨——共基極放大電路vZh物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

上述結(jié)論僅給出了達到一定性能指標的可能性。 要真正達到設(shè)計目標,必須充分考慮級聯(lián)后前后級的相互影響,因為這種影響可能會導致電路失去作為單級放大電路的性能。 例如,雖然共集電極放大電路具有輸入電阻大的特點,可以實現(xiàn)電壓跟隨,但共集電極放大電路采用共基極放大電路作為負載電路,后者的輸入電阻為小至幾十Ω,導致前者的輸入電阻明顯變小,輸出電壓明顯小于輸入電壓,無法跟隨輸入電壓。vZh物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

2. 實踐培訓vZh物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

例1.電路如圖所示。 晶體管T1、T2、T3的電流放大倍數(shù)分別為β1、β2、β3。 be之間的動態(tài)電阻為rbe1-rbe3。 適用于各種級別的靜態(tài)工作點。vZh物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

1.電壓放大系數(shù)Au、輸入電阻Ri、輸出電阻Ro的表達式vZh物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

2. 如果電阻R4短路,輸出電壓是多少?vZh物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

(1)如圖所示為兩級放大電路。 第一級為共發(fā)射極共集電極組合放大電路,第二級為共集電極放大電路。vZh物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

第二級輸入電阻:Ri2=rbe3+(1+β3)(R5//RL)vZh物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

由于T2管的集電極電流IC2是發(fā)射極電流Ie2的α倍,且Ie2等于T1管的集電極電流Ie1vZh物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

Ie2= alpha 2Ie2= frac{beta2}{1+beta2} Ie2 Ie2=Ie1vZh物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

交流等效電路vZh物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

第一級電路放大倍數(shù):Au1= frac{Uo1}{Ui} =——frac{Ic2(R4//Ri2)}{} —— frac{Ic1(R4//Ri2)} {} = —— frac{beta1(R4//(rbe3+(1+beta3))(R5//RL))}{rbe1}vZh物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

第二級電壓放大倍數(shù):Au2= frac{Uo}{Ui2} = frac{(1+beta3)(R5//RL)}{rbe3+(1+beta3)(R5//RL) }vZh物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

整個電壓的放大倍數(shù)Au=Au1 times Au2vZh物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

輸入電阻Ri=R2//R3//rbe1vZh物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

輸出電阻Ro=R5// frac{rbe3+R4}{1+beta3}vZh物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

也可以認為是三級放大電路。 第一級為共發(fā)射極放大電路,第二級為共基極放大電路,第三級為共集電極放大電路。vZh物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

(2)如果R4短接,T3的基極接+VCC,沒有交流信號,所以輸出電壓為0vZh物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

例2 如圖所示,已知晶體管T1~T7的電流放大系數(shù)為β1~β7,且β1=β2,β4=β6,β5 = β 7. T1~T7的動態(tài)電阻為rbe1~rbe7且rbe1=rbe2,rbe4=rbe6,rbe5=rbe7。 靜態(tài)時,T1~T7的U_{BEQ}和二極管的導通電壓UD均為0.7V,輸出電壓為0vZh物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

問:(1)uo靜止時,UCQ3和UBQ6各是多少伏?vZh物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

(2) 如果I=200μA,T1和T2的集電極電流大約是多少?vZh物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

(3) 如果R3=200Ω,R4=15KΩ,VCC=24V,T3的靜態(tài)集電極電流大約是多少?vZh物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

(4) 如果靜態(tài)時輸出電壓稍微偏離0V,應(yīng)調(diào)整哪個元件參數(shù)? 如果靜態(tài)時輸出電壓為0V,需要調(diào)整哪些原始參數(shù)?vZh物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

(5) 電流電壓放大倍數(shù)Au、輸入電阻Ri、輸出電阻Ro的表達式vZh物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

如圖所示電路是一個三級放大電路。 第一級是帶有恒流源的單端輸入單端輸出差分放大電路。 第二級是共發(fā)射極放大電路。 第三級是使用復合管的準互補輸出級。 R3、D1、D2的作用是消除輸出級的交越失真。vZh物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

1、由于T4~T7靜態(tài)時UBEQ為0.7V,而輸入為0時電路輸出為0什么比例運算電路的輸入電阻大,所以uo=0V,UCQ3=1.4V,UBQ6=-0.7VvZh物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

2、由于差分放大電路是對稱的,且I=200μA,β1=β2>>1,因此ICQ1=ICQ2\frac{I}{2}=100μAvZh物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

3、如果R4=15KΩ,則在忽略互補輸出級基極電流的情況下,T3的靜態(tài)集電極電流大約為R4的電流。vZh物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

ICQ3 frac{UCQ6-(-VCC)}{R4} = frac{-0.7+24}{15} 1.55mAvZh物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

為什么不能用R3的阻值及其電壓來求解?如果用R3的阻值及其電壓來求解T3的靜態(tài)集電極電流,則:vZh物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

ICQ3= frac{UBEQ4+UBEQ5+UBEQ6-UD1-UD2}{R3} = frac{0.7}{0.2} 3.5mAvZh物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

分析基于以下事實:導通時晶體管be與二極管之間的結(jié)壓降為常數(shù)(0.7V)。 但實際上,無論是晶體管還是二極管,導通時的結(jié)壓降都不是一個常數(shù)(0.7V),因為用這種方法計算的數(shù)據(jù)存在較大誤差:而結(jié)電壓0.6~0.8V的壓降對R4上的電壓影響不大,R4上的電壓遠大于結(jié)壓降可能的變化范圍,因此通過R4的電阻及其電壓計算出的電流接近實際目前什么比例運算電路的輸入電阻大,誤差可以忽略不計。vZh物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

4、如果靜態(tài)時輸出電壓稍稍偏離0V,則應(yīng)調(diào)整R3的阻值。如果靜態(tài)時輸出電壓偏離0V較遠,則應(yīng)調(diào)整兩對復合管,使其參數(shù)基本對稱; 如果確定兩對復合管對稱性良好,則應(yīng)調(diào)整R4的阻值vZh物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

5、交流等效電路如圖所示。 圖中R3、D1、D2上的動態(tài)電阻忽略不計,相當于短路。 互補輸出級的兩對復合管在信號的正負半周交替工作,所以只有T4和T5部分退出vZh物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

交流等效電路vZh物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

第二級和第三級的輸入電阻vZh物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

Ri2=rbe3+(1+β3)R2vZh物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

Ri3=rbe4+(1+β4)[rbe5+(1+β5)RLvZh物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

首先求出各級電路的電壓放大倍數(shù),然后求出整個電路的電壓放大倍數(shù)Au。vZh物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

Au1=- frac{1}{2} frac{beta(R1//Ri2)}{rbe1} =- frac{1}{2} frac{beta1[R1//(rbe3+(1+ beta3)R2]}{rbe1}vZh物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

Au2=- frac{beta3(R4//Ri3)}{rbe3+(1+beta3)R2} =- beta 3 frac{R4//[rbe4+(1+beta4)[rbe5+(1+ beta5)RL]}{rbe3+(1+beta3)R2}vZh物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

Au3= frac{(1+beta4)(1+beta5)RL}{rbe4+(1+beta4)[rbe5+(1+beta5)RL}vZh物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

Au=Au1 × Au2 × Au3vZh物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

輸入電阻:Ri=2rbe1vZh物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

輸出電阻:Ro= frac{rbe5+ frac{rbe4+R4}{1+beta4}}{1+beta5}vZh物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

三、總結(jié)vZh物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

經(jīng)過兩個例子,我發(fā)現(xiàn)分析方法和基本放大電路是一樣的。 思路比較簡單,容易思考,但是計算量可能太大。 比較困難的是交流等效電路的畫法。 這個需要牢記直流電源接地,電容接地,電流源短路,自己試試,多畫,多用筆,這里的規(guī)律性很強,可以看畫得熟練,一看就知道,不用畫通訊路徑也能快速解決問題vZh物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

等電位點分析法:首先分析電路中各點電位的高低關(guān)系,然后根據(jù)各點電位的高低關(guān)系依次排列。 將等電位的點畫在一起,然后將各個元件依次連接到相應(yīng)的點上,就可以看到電路結(jié)構(gòu)vZh物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

電流分析方法:從電源的一極開始,依次畫出電流的開啟和關(guān)閉。 注意:如果有點,則必須先繪制完一條線,然后才能開始第二條線。 不要錯過任何一條。一般先畫主路,然后畫支路。vZh物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

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