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共射極放大電路輸入輸出阻抗簡析

冬至子 ? 來源:硬件工程師技術干貨 ? 作者:硬件工程師技術干 ? 2023-09-11 15:54 ? 次閱讀

在三極管電路中經常使用直流通路和交流通路分析電路,實際上就是運用了電路疊加定理分析電路,電路有兩個“源”,一個直流供電電源,一個輸入信號源。

直流通路:在直流電源作用下直流電流流經的通路,也就是靜態電流流經的通路,用于研究靜態工作點。

1)電容為開路

2)電感線圈視為短路

3)信號源視為短路,但是保留其內阻

前兩個都比較好理解,電容隔直流,電感通直流,第三條是運用疊加定理,短路信號源,只分析直流作用下的電路工作狀態。

交流通路:輸入信號作用下交流信號流經的通路,用于研究動態參數。

1)容量大的電容視為短路

2)無內阻的直流源視為短路

第一條只要電容足夠大,輸入信號頻率足夠高,容抗就可忽略不計,電容視為短路。第二條也是運用疊加定理,短路直流電源,只分析交流信號源作用下的電路工作狀態。

不少人對直流短路分析很困惑,實際上直流電壓源內阻非常小,單獨分析信號源的時候,可以認為直流電源短路。實在不好理解,可以這么想,直流電壓源的正極和GND之間有很多的電容,都是通交流的。

下面結合疊加定理分析以下輸入阻抗:

左邊虛線方框中模擬了一個有內阻信號源,內阻R3= 5K,輸出信號連接到兩個分壓電阻

先看一下輸入輸出波形:

紅色(Channel B)輸入波形是1V峰峰值的交流信號,紫色(Channel B)輸出是帶有2.5V直流分量,峰峰值為500mV的信號。

為什么出現這種情況呢,我們現在使用疊加定理計算:

1)只有直流VCC存在,直流不能通過C1,輸出電壓為R1和R2分壓,Uout1如下:

將相應數值代入以上公式中得出Uout1 = 2.5V,相當一個直流偏置。因為C1的存在,使得這個分量和R3無關。

2)只有交流信號源存在,VCC接GND,C1對于交流信號相當于短路,輸出電壓相當于R1和R2并聯然后和R3分壓,Uout2如下:

將相應數值代入以上公式中得出Uout2 = 0.5Uin,Uin是峰峰值為1V的信號,所以Uout2是峰峰值為500mV的交流信號。根據疊加定理得出,這兩個信號同時作用時的輸出為兩者之和,即:

Uout = Uout1(直流) + Uout2(交流)

示波器上看就是帶有2.5V直流分量,峰峰值為500mV的信號。輸入交流信號被衰減了一半。這是由R3導致的,R3和后端輸入電阻把輸入信號分壓。

從這里就可以看出,如果不想輸入信號被衰減,需要使R3盡可能的小,R1//R2盡可能的大,在這里R1和R2的并聯值為后端網絡的輸入阻抗。

所謂輸入阻抗是對輸入信號來說,也就是對輸入信號的阻礙,和直流偏置沒有關系。因此輸入阻抗為R1//R2。

再來看共射極放大電路:

這個電路前面文章介紹過,這是個放大倍數為兩倍的電路。三極管的基極電流很小,可以忽略不計,或者認為三極管的出入阻抗很大和R2并聯后接近R2,因此共射放大電路的輸入阻抗就是R1和R2并聯。

現在我們來驗證一下,給信號源增加一個內阻R3,R3=17K≈R1//R2,輸入信號源為1KHz,峰峰值200mV,查看現象。

首先測量三極管基極波形,發現輸入信號被衰減了一半,變為100mV峰峰值,由此可見共放大電路的輸入阻抗就是R1和R2并聯值。

輸入輸出波形相位相反,幅值相同,即放大倍數是1,而不是原來的2倍。因為信號源被衰減了。

輸出阻抗:

因為三極管是個流控流型的器件,因此可以看做一個恒流源,只是這個恒流源的電流隨輸入信號變而變化。這個恒流源不太好理解,我們結合仿真,說一下,下圖中輸入峰峰值200mV的信號,測量各個支路交流峰峰值如下,這里不管怎么調節負載電阻RL,集電極電流不變,且負載電流和Rc電流之和等于集電極電流。說明集電極電流不隨負載變化而變化,三極管等效為恒流源。

直流通路只是提供了一個偏置電壓,我們只分析交流通路即可,如下是交流通路等效電路。

我們都知道恒壓源的內阻可以看做是0,恒流源的內阻可以看做無窮大,射極電阻Re相對恒流源的無窮大電阻可以忽略不計,因此共射極放大電路的輸出阻抗是Rc//∞,即,Rc。當給以上電路增加一個負載電阻RL=Rc,由于恒流源的電流不變,因此流過Rc的電流減半,導致輸出電壓減半。

上圖中輸入峰峰值200mV,輸出只有50mV,這是因為輸入信號被衰減了一半,放大倍數為兩倍,輸出又被衰減了一半,因此此電路輸出只有峰峰值50mV。

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