C6.7:输入电阻的负载效应及其CE负反馈放大器

  之前分析中都是假设了交流电压源是理想的，即内阻为0，而本篇文章则是放大器输入的电阻作为交流信号源负载，使发射结获得电压低于信号源电压。

  如下图，交流电压源vg的内阻RG（下标g代表信号发生器，于信号源是同义词），如果交流信号源不是准理想的，那么内阻上必然会产生部分压降，让基极和地之间的交流电压小于理想值。

                              

  交流信号源要驱动第一级的输入阻抗zin(stage)，该输入阻抗包括偏置电阻R1和R2，与基极输入阻抗βr'e并联，如上图Π模型，该输入阻抗等于：

                                               zin(stage) = R1 || R2 || (βr'e)

  若信号源不是理想的，则上图最后一张图的交流输入电压vin小于vg，分压定理得到：

                                   vin = （Zin(stage) / （RG + zin(stage)））* vg

  该式适合于任何放大器，计算或估算输入阻抗后，便可以确认输入电压，需要注意的是，当RG小于0.01zin（stage）时，可以认为信号源是准理想的(需要注意上述图片Vin和Zin其实是vin和zin，备注错误)。

CE负反馈放大器：

  CE放大器增益随着静态电流、温度、晶体管的更换等因素而变化，导致r'e和β发生改变。

  而稳定电压增益的方法之一是将发射极的电阻保留一部分不被旁路，如下图所示，这样构成了发射极交流反馈，当发射极交流电流通过未被旁路的电阻re时，便在该电阻上产生交流电压，形成负反馈，re上交流电压的变化与电压增益变化相反，未被旁路的电阻re称为负反馈电阻。

     

  假设温度升高，则集电极交流电流会增加，从而使得输出电压增加，同时re上电压增加，vbe等于vin和ve的差值，ve增加让vbe减小，从而使得集电极电流减小，结果和最初集电极电流增加的假设相反，所以是负反馈。

  如上图T模型的交流等效电路，发射极交流电流经过r'e和re，欧姆定律得到：

                                                        vin = ie * (re + r'e) = vb

  在集电极电路中，电流源中的交流电流ic经过集电极交流电阻，输出交流电压等于:

                                                        vout = ic * rc

  vout除以vin，得到电压增益：       Av = vout / vin = (ic * rc) / (ie * (re + r'e)) = vc / vb

  ic ≈ ie,则Av = rc / （re + r'e）

  re远大于r'e的时候，可简化为 Av = rc / re

  于是我们通过公式得到了一个结论，电压增益等于集电极交流电阻除以反馈电阻，r'e不再出现在电压增益的表达式里，所以变化也就不再影响电压增益。

  上述内容是掩蔽作用的一个例子，使第一个量远大于第二个量，从而消除第二个量变化对结果的影响，上述式子的re值很大，所以r'e的值的变化被掩蔽掉了，结果就是稳定了电压增益，使得增益不再随温度变化的晶体管更换而改变。

  而且负反馈不仅仅是稳定了电压增益，还能增大基极输入阻抗，在上图T模型等效交流电路里，基极输入阻抗为：    zin(base) = vin / ib

  发射结采用欧姆定律计算，得到：  vin = ie * (re + r'e)

  vin带入前一个等式得到： zin(base) = vin / ib = (ie * (re + r'e)) / ib

  由于ie ≈ ic，所以等式变为： zin(base) = β *（re + r'e）

  在发射极负反馈放大器中，可以简化为： zin(base) = β * re(因为r'e被掩蔽了)，表明了基极输入阻抗等于电流增益与反馈电阻的乘积。

  而发射结特性曲线的非线性问题，是导致大信号失真的原因，如果通过对发射结掩蔽的方法，减小它对电压增益影响，就能减小了大信号工作的失真，如果没有反馈电阻，则电压增益为：

                                                           Av = rc / r'c

  r'c对电流是敏感的，它的值在大信号情况下发生变化，说明电压增益在大信号的一个周期内是变化的，即大信号的失真是r'c变化引起的，如果存在负反馈电阻，则被re掩蔽后，电压增益为：

                                                           Av = rc / re

  等式不再出现r'c，则大信号失真被消除了，可见发射极负反馈放大器有三大优点，一个是稳定电压增益，一个是增大基极输入阻抗，最后就是减小大信号的失真。

  稳定电压增益和减小大信号失真的优点都清楚，那么为什么增大了基极输入阻抗就是一个优点呢？

答：高输入阻抗意味着电路对电流的“阻碍”很大，只需要很小的电流就能产生明显的电压变化，从而控制输出；而低输入阻抗则相反，需要较大的电流才能产生足够的电压变化。

  为什么小电流在高阻抗下就能产生明显电压变化？

答：高阻抗（电阻为主）​​：这条路非常​​狭窄​​（高电阻），或者有很多“检查站”（容抗、感抗），当仅有少量电子（小电流）试图通过时，它们会​​大量堆积​​在入口处，这种电荷的堆积，直接体现在微观层面就是建立了​​强大的电场​​（高电压），​​一点点电荷量的变化（小电流），就会引起电场强度的显著改变（大电压变化）​​。

  本质来说就是​​高阻抗束缚了电子的自由移动，使得电荷更有效地转换为电场能（电压）​​，它像一个水龙头，微小的水流（电流）波动就能引起阀门上游压力的巨大（电压）波动。

  而​​低阻抗为电子提供了低阻力的路径，电荷主要转化为定向移动的动能（电流），而非建立电场（电压）​​，它像一条宽阔的河道，需要巨大的水流（电流）变化，才能引起水位（电压）的细微变化，​​这条路非常​​宽阔​​（低电阻），电子可以非常“轻松”地流过，即使有大量电子（大电流）瞬间通过，也很难形成有效的堆积，电荷都“跑掉了”，难以建立强大的电场，因此，需要​​很大的电荷流量变化（大电流），才能引起电场强度的微小改变（小电压变化）​​。

故障分析：

    而对于以上放大器的故障分析，最为简单的方法就是对交流分析和直流分析单独分开进行，假设某个电容开路情况，进而假设某个电容短路情况，然后假设电阻开路情况，然后假设电阻短路情况，就能锁定故障点所在。

  而放大器的供电部分，在实际情况肯定有滤波电容，所以电源线为交流接地点，如果滤波电容失效，电源波纹会增大，则会被分压器分到基极，进而被放大器放大了该波纹，如果放大器是与扩音器连接的话，则放大的波纹会产生60-120Hz的杂音，所以如果听到扩音器有杂音，首先要想到电源滤波电容是否开路。

      注：以上仅个人观点，如有错误，恳请批评指正