模电基础:基本放大电路及其优化
目录
一、基本共射放大电路的组成
(1)静态工作点的设置
(2)微变交流信号的接入
二、实用性放大电路
(1)实用性放大电路的必要条件
(2)直接耦合共射放大电路
(3)阻容耦合共射放大电路
在前面的文章中我们学习了三极管、mos管等放大元件的原理。但是对于具体操作中如何利用他们搭建一个完整的电路仍未涉及,本篇文章就从基本(单极)放大电路讲起,谈谈常见的共射放大电路模型。
一、基本共射放大电路的组成
(1)静态工作点的设置
首先将三极管配置合适的静态直流工作点,使其工作在放大区:
补充说明一下:我们对于这个直流静态工作点称为静态工作点Q,以后你在描述他的静态工作属性的时候,直接在描述号后面跟上Q即可。例如:管电压Uce的静态工作电压就是UCEQ。
(2)微变交流信号的接入
然后我们接入微变交流信号,即接入需要放大的信号:
注意:这里的输出负载一般都会接一个电容再接负载,通过电容通交流隔直流的特性过滤直流,从而只关注交流信号。
二、实用性放大电路
(1)实用性放大电路的必要条件
虽然我们上面的基本共射放大电路已经具备了放大的功能。但是他有一些缺点是无可避免的,不过在此之前我们先来看看前人总结的实用放大电路的必要条件:
然后我们再来分析原本的电路有什么缺点:
(1)不满足信号源与放大电路、以及其负载共地。
(2)使用了两个直流电源。
(3)负载上存在直流分量,可能会对某些负载元件产生损伤。
由此我们对上述电路进行修改调整,演变出了两种实用性电路:直接耦合共射放大电路、阻容耦合共射放大电路。
(2)直接耦合共射放大电路
静态情况下,UbeQ=URb1。因为Rb1这部分开路,可以认为他接地,所以Rb1的电压就是发射结静态工作电压。而接地的话就可以把他理解成和发射结短接了,所以在VCC、Rb2、Rb1中由Rb1分压得到了基极电压,即发射结电压。
动态情况下,发射结电压降Ube=UbeQ+u1=URb1+u1。这是因为此时U1不再为0,而是一个微变交流电压源。不过尽管具体的数值不再是由Rb1单独分压得到的了,但是微变交流电压特别微小,通常可以忽略不计,仍然认为基极电压还是Rb1分得VCC的电压降。
但是这个电路仍然有一些问题:
(1)在接入信号源电压后,因为要经过Rb1,所以对这个小信号产生了损耗。这是我们不希望看到的。如果刚好在损耗后又有别的原因对他产生了干扰,那么输出的信号将差异很大。
(2)输出电压直接接负载,有直流损耗。对于一般元件而言似乎有一点直流损耗也没什么影响,但是他却直接导致了输入信号和输出信号不是纯粹的反向β放大关系,同时直流部分还有可能由于过大导致负载元件烧毁。
于是我们对其优化,加上电容,就诞生了下面的阻容耦合共射放大电路。
(3)阻容耦合共射放大电路
然而由于电容的存在,要求我们的输入信号必须是高速变化的交流电,如果是变化很慢、或者就是一个直流电,则根本无法通过电容(因为频率为0,容抗无穷大,即相位无穷延迟),也就不用考虑后面的三极管放大作用了。所以这种电路的一个缺点就是无法对直流电放大。
而且在集成电路中,如果使用这种含容电路,由于电容的面积较大,其实也用的不多,更多使用到的是上面的直接耦合共射放大电路,最重要的是它根本没有容抗,也就没有相位偏移,对于芯片这种体积小,及时性高的应用更为关键。