图5-40 射极输出器的微变等效电路
(1) 电压放大倍数Au
uo=ieRL′=(1+β)ibRL′
ui=ube+uo=ibrbe+ieRL′=ibrbe+(1+β)ibRL′
??uo(1?β)ibRL(1?β)RL (5-22) Au?????uiir?(1?β)iRrbe?(1?β)RLbbebL式中
RL′=RE‖RL
由式(5-22)可以看出,射极输出器的放大倍数小于1且趋于1。
(2) 输入电阻ri 射极输出器的输入电阻也可从图5-40所示的微变等效电路经过计算得出,即
ri=RB‖[rbe+(1+β)RL′] (5-23)
(3) 输出电阻r0 采用加压求流法来解,将信号源短路,保留内阻rs,并去掉RL,加上测试电压uo。如图5-41所示。
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图5-41 求输出电阻的微变等效电路
ro=RE‖ro′
u?ro??o (5-24)
ieuo=uec=-ib(rbe+rs‖RB)
所以
ui(r?r//R)r?r//R?ro??o?bbesB?besB (5-25)
ie(1?β)ib(1?β)r?r‖RBr?≈RE‖be (5-26) ro?RE‖ro?RE‖bes(1?β)1?β射极输出器也称射极跟随器,它的主要特点是电压放大倍数接近1,具有较高的输入电阻和较低的输出电阻。
射极输出器常用作多级放大器的第一级或最末级,也可用于中间隔离级。用作输入级时,其高的输入电阻可以减轻信号源的负担,提高放大器的输入电压。用作输出级时,其低的输出电阻可以减小负载变化对输出电压的影响,并易于与低阻负载相匹配,向负载传送尽可能大的功率。
三、多级放大电路与耦合
单级放大电路的电压放大倍数有限,在信号非常小时,为了得到较大输出信号电压,必须进行多级放大,以获得足够大的电压放大倍数。一般将多级放大电路分为前级放大和后级放大,前级放大是以电压放大为主,而后级放大则主要是功率放大。在多级放大电路中,级与级之间的信号连接称为耦合。耦合方式有直接耦合、阻容耦合、变压器耦合、光电耦合等。
直接耦合是将前一级的输出端直接连接到后一级的输入端的耦合方式。 阻容耦合是将放大电路的前级输出端通过电容接到后级输入端。
变压器耦合是将放大电路前级的输出端通过变压器接到后级的输入端或负载电阻上。 光电耦合是以光信号为媒介来实现电信号的耦合和传递的,因其抗干扰能力强而得到越来越广泛的应用。
如图5-42所示,是一个多级阻容耦合放大电路的框图。
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图5-42 多级阻容耦合放大电路
1.电压放大倍数
由图5-42可知,放大电路中前级的输出电压就是后级的输入电压,即uo1?ui2、
uo2?ui3、?、uo(n-1)?uin,所以,n级放大电路的电压放大倍数为:
uo(n?1)uouo1uo2uo3??????A1A2A3?An (5-27) uiui2ui3ui(n?2)uinAu?A1、A2、A3、?、An分别是第1级、第2级、第3级、?第n级放大电路的电压放大倍数。
2.输入电阻
ri=ri1=RB1‖[rbe1+(1+β)RL1′]
式中,rbe1为第一级放大电路的三极管的输入电阻。
3.输出电阻
ro= ron≈Rcn
式中,Rcn为最后一级放大电路的三极管的集电极电阻。
【例5-2】如图5-43所示,是两级阻容耦合放大电路。RB1=150kΩ,RB2=10kΩ,RE1=RE2= RC=RL =2kΩ;UCC=12V;两晶体管的β值均为50,两个三极管的等效输入内阻分别为:rbe1=1.2kΩ,rbe2=1kΩ,UBEQ1=UBEQ2=0.7V。试估算电路的Q点、Au、ri和ro。
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图5-43 两级阻容耦合放大电路
解:(1) 求解Q点 由于电路采用阻容耦合方式,电容有隔直的作用它可使前、后级的直流工作状态相互间无影响,故各级放大电路的静态工作点可以单独考虑。
前级静态值:
IBQ1?UCC?UBEQRB1?(1?β)RE1?12-0.7?0.045mA 33150?10?(1?50)?2?10ICQ1≈IE1=(1+β)IBQ1=51×0.045mA=2.3mA UCEQ1=UCC-IE1RE1=12-2.3× 2×103≈7.4V
后级静态值同上,得:
IBQ2=0.1mA ICQ2≈IE2=5 mA UCEQ2=2V
(2) 放大电路的输入电阻
ri=ri1=RB1‖[rbe1+(1+β)RL1′]
式中
RL1′= RE1‖ri2
ri2为后级的输入电阻,计算得:ri2=1. 6 KΩ 则:RL1′=0.9 KΩ 于是得出
ri=RB1‖[rbe1+(1+β)RL1′]=35.8 KΩ
(3) 放大电路的输出电阻
ro=ro2≈RC=2 KΩ
(4) 放大电路的放大倍数 前级
Au1?后级
(1?β)RL1??=0.97
rbe1?(1?β)RL139
?uoβRL50?2Au2???????83.3
uirbe1.2四、差动放大电路
差动放大电路也称差分放大电路,是一种对零点漂移具有很强抑制能力的基本放大电路。零点漂移是指当多级放大电路第一级发生微弱变化时(例如温度),输入级的Q点就会发生变化,导致各级的Q点都受到影响,从而输出随时间缓慢变化的现象。差动放大原理电路如图5-44所示。电路由理想的对称结构组成:有两个对称的共射极, VT1、VT2是两个特性完全相同的三极管,其中Rb1=Rb2、Rc1 = Rc2、Rs1=Rs2。信号从两管的基极输入,从两管的集电极输出,这种连接方式也称为双端输入-双端输出方式。
图5-44 差动放大原理电路
由图5-44可见,当输入端短路时,输出电压为
UO = VC1-VC2 =(UCC-IC1RC1)-(UCC-IC2RC2)=(IC2 - IC1)RC
式中VC1 、VC2为集电极电压。由于电路对称,IC1 = IC2,则输出电压等于零。 当温度变化时,理想状态下,因两管电流变化规律相同,两管集电极电压漂移量也完全相同,从而使双端输出电压始终为零。也就是说,依靠电路的完全对称性,使两管的零点漂移在输出端相抵消,因此,零点漂移被抑制。
要做到电路完全对称,是十分困难的,甚至是不可能的;而且从某个管子集电极输出
(单端输出)时,输出零点漂移仍然很大。因此,图5-44所示电路仅是差动放大电路的原
理图,不能作为实用电路。
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