[仿真]

共射放大电路经过电容隔直,最大带载能力如何求解

[复制链接]
3217|47
手机看帖
扫描二维码
随时随地手机跟帖
sinasun|  楼主 | 2021-4-13 21:16 | 显示全部楼层 |阅读模式

都工作几年了,发现对基本三极管电路都还没有理解到位:

对于共射放大电路,交流放大倍数Ac=Rc/Re=6
经过电容C2隔直后输出电压放大六倍,此时最大输出电压578mV
4219607595d4c65fa.png
按照童诗白的教材分析,将放大电路输出回路进行等效变换,等效看作电压源,电压源的内阻就是Rload?

但通过半压法的仿真,在Rload=12K的时候,得到输出电压Vo是Rload开路时候的一般,可以认为输出Vo的前级有一个电压源,其内阻为12K,最大电压为578mV.这种是我的一些理解;
56074607596297dd8d.png

随后把Rload修改为4K,输出V0的最大电压Vo=578*4/(4+12)=144mV,和仿真得到的结果一样。
对于这一点有些不太理解,此时电压源的内阻不通过仿真,如何求解呢?
68715607598dd46a4e.png
2437260759525181c1.png

使用特权

评论回复

相关帖子

hk6108| | 2021-4-13 21:42 | 显示全部楼层
不失真,
正负半周对称,
功率输出最大(阻抗匹配)。

使用特权

评论回复
hk6108| | 2021-4-13 21:51 | 显示全部楼层
如有 Re ,
则电压增益是
(Rc||Rι)÷Re ,
电路设计,是 带负载设计 才对,
三极管 负载线的绘制,应该 先交后直。。

使用特权

评论回复
hk6108| | 2021-4-13 22:16 | 显示全部楼层
讯号源是恒压源而且功率够大,输出轻载甚至空载,电压增益才是6 。

使用特权

评论回复
sinasun|  楼主 | 2021-4-14 09:23 | 显示全部楼层
hk6108 发表于 2021-4-13 21:51
如有 Re ,
则电压增益是
(Rc||Rι)÷Re ,

谢谢,你的解释很详细,看书有些机械的记公式,没有理解公式应用的条件

使用特权

评论回复
hk6108| | 2021-4-14 21:40 | 显示全部楼层
本帖最后由 hk6108 于 2021-4-14 21:42 编辑

此电路的 输入阻抗 是 (R3+βR6)||R2 ,
rbe 的 非线性 算是被「淹没」了,讯号源 近似定载

使用特权

评论回复
hk6108| | 2021-4-14 22:00 | 显示全部楼层

如果,源(电力或讯号)内阻跟负载阻抗 两者的伏安特性 不一致,那就无法 阻抗匹配,
这时,就要看双方的 量级 是否等同,量级等同,源与负载 两者的伏安特性曲线相交,负载才有 工作点。

使用特权

评论回复
sinasun|  楼主 | 2021-4-14 22:11 | 显示全部楼层
hk6108 发表于 2021-4-14 21:40
此电路的 输入阻抗 是 (R3+βR6)||R2 ,
rbe 的 非线性 算是被「淹没」了,讯号源 近似定载。 ...

说到β,又困惑了,在2N3904的datasheet中hfe是在小信号特性下定义的,在实际应用中,我也是把hfe当作电流放大倍数应用的
141036076f33f9f282.png
这个直流偏置电路仿真Ic=710uA,Ib=2.3uA, 电流放大能力Ac=313,认为和datasheet中hfe等同,但是此时是没有频率特性,datasheet中在描述hfe中增加频率特性不知如何理解?
953286076f3dfb6f0c.png
随后加入小信号分析,10mv的10KHz的正弦波,由这个小信号,在Ib上面叠加0.064uA-P-P的电流,在Ic上面叠加20uA的P-P电流,放大倍数也是312左右,此时是要考虑特征频率FT这个参数吧?
240796076f4be1d5c1.png
随后加大信号频率到10MHz,基本就具备交流放大能力了,10mv的10MHz的正弦波,由这个小信号,在Ib上面叠加10uA-P-P的电流,在Ic上面叠加7uA的P-P电流,放大倍数也是0.7,基本不具备放大能力,同时输出电压,也不是Vo=Vin*Au=Vin*Rc/RE的交流电压放大倍数。datasheet中fT=250MHz,在信号频率f=10MHz,应该hfe0=25才对?由于BC之间存在结电容,会和基极电阻组成低通滤波器。datasheet中Cbc=8pF;
309546076f5fd54927.png
该filter的截止频率f=1/(2*pi*Rb*Cbc*Au)=2.7MHz,由于电容的米勒效应,输入电容是Cbc的Au倍左右。随后仿真,发现电压增益的3dB频率点确实在3MHz左右,信号频率10MHZ,基本会被滤波的。实在这有些不太理解fT如何应用的。在有交流信号的时候,交流电流放大倍数如何计算?

489506076f704b3e7f.png
不好意思,啰啰嗦嗦写了这么多,想从根本理解问题,发现不懂的地方越来越多的
493666076f5a017dd0.png

使用特权

评论回复
评论
hk6108 2021-4-15 00:52 回复TA
由 fβ 至 fT ,是斜坡,通频带 则是 平台区(水平线),电路 (请注意,是电路,不是管子) 增益高低就是水平线的高低,水平线跟斜坡的交点就是 电路的 3db点,负反馈压低了 水平线,也就加长了 平台区。 
hk6108 2021-4-15 00:22 回复TA
fT 是 β 掉至 1 的频率,fβ 是开环截止频率(3db 点),请注意,是开环,亦即是三极管自己的电流放大能力。 
zyj9490| | 2021-4-14 23:00 | 显示全部楼层
本帖最后由 zyj9490 于 2021-4-14 23:03 编辑
sinasun 发表于 2021-4-14 22:11
说到β,又困惑了,在2N3904的datasheet中hfe是在小信号特性下定义的,在实际应用中,我也是把hfe当作电 ...

用图表法在IC--VCE作包和及堆住二种状态更可观视,就是上截,下截而已,具体做法,以静态工作点为中心,以交流负载线作斜率,过工作点,即可作出负载线高点与低点,二边以外就是截住与包和状态。

使用特权

评论回复
hk6108| | 2021-4-15 09:15 | 显示全部楼层
sinasun 发表于 2021-4-14 22:11
说到β,又困惑了,在2N3904的datasheet中hfe是在小信号特性下定义的,在实际应用中,我也是把hfe当作电 ...

在 共基及共射 拓扑中,输出阻抗取决于 直流通道配置,跟 β 几乎无关,
跟 β 有关的,是输入阻抗,影响因素是 Ib 的需求有变 及 集电结电容 对讯号的分流。

使用特权

评论回复
sinasun|  楼主 | 2021-4-15 11:16 | 显示全部楼层
hk6108 发表于 2021-4-15 09:15
在 共基及共射 拓扑中,输出阻抗取决于 直流通道配置,跟 β 几乎无关,
跟 β 有关的,是输入阻抗,影 ...

直流,交流信号叠加到一起,很多参数就不能太理解了

使用特权

评论回复
sinasun|  楼主 | 2021-4-16 10:05 | 显示全部楼层
king5555 发表于 2021-4-15 21:34
交流之电流放大率β=Δic/Δib =hFE~1 于fin=0~fT,与工作频率呈反比。尚未考虑晶体管内部R•C低通之衰减曲 ...

交流放大倍数的公式确实没有见过,是你学总结出来的吧
在公式中,hFE是静态工作点时候,直流hFE=ICQ/IBQ对应的值吗?

使用特权

评论回复
sinasun|  楼主 | 2021-4-16 10:19 | 显示全部楼层
king5555 发表于 2021-4-15 21:34
交流之电流放大率β=Δic/Δib =hFE~1 于fin=0~fT,与工作频率呈反比。尚未考虑晶体管内部R•C低通之衰减曲 ...

还想多问一句,关于fT是如何理解的,限制了三极管的什么特性呢?
三极管的电路是开关管电路,限制开关速度的应该是Cbe的结电容,fin太快,会导致三级管关不了,这个时候fT和fin还有关系吗?

使用特权

评论回复
评论
hk6108 2021-4-17 01:13 回复TA
限制开关速度的,不单是 结电容,还有 存贮效应,克服了 存贮效应,管子才开始 导通或关断,结电容才起作用。 
sinasun|  楼主 | 2021-4-16 13:05 | 显示全部楼层
king5555 发表于 2021-4-16 11:56
hFE是直流的电流放大率=Ic_dc÷Ib_dc,直流的偏罝就是以hFE去计算各个电阻值。
信号有频率fin的,此时的 ...

通常工作频率fin>0.1fT,衰减很大,这里讲的衰减应该是β衰减?
信号频率增高,衰减是受到Rb,Cbc的低通滤波器的作用吗?还是三极管其他的特性造成衰减了?

使用特权

评论回复
kk的回忆| | 2021-4-16 15:30 | 显示全部楼层
king5555 发表于 2021-4-16 13:24
是的。
fin高,则β衰减,Av也衰减。rbb以及Rb加上Cbc有米勒效应,使得Cin变小,等于Zin变小,相对的Av变 ...



十分感谢你的解释,今天也理解了下这些关系,想做一个简单的结论
对于交流信号的电流放大率 β=ic/ib会受fT的影响,fin信号频率越高, β就会越小,β=(hFE*fT/fin)/ ( hFE+(fT/fin)),这个公式就会不适用。
下图是fin=400KHz,fT=100MHz,hFE典型值是300
但是直流电流放大倍数hfe=ICQ/IBQ,是保持不变的
还有就是交流电压放大倍数Av=(RC//RL)/RE, 这个放大倍数和输入信号频率fin限制,是由于Rb,Cbc组成的低通滤波器限制,仿真可得到f-3dB=2.5MHz左右,fin超过f-3dB,Av就会衰减降低的,随后信号fin=10MHz,Av基本就只有2左右的,输出Vomax=40mV;
所以下图仿真可以看出fin=400KHz,β≈40左右,降低很小。但Av≈6,基本保持不变的。
结论:1. fT=100MHz会影响β的大小,对直流电流放大倍数hFE没有影响,对交流信号电压放大倍数Av也没有影响。
          2. Rb,Cbc组成的低通滤波器,对输入信号进行衰减,从而会限制交流信号电压放大倍数Av;
这种理解是否正确,希望再次得到指导。
1409460793ad3a79ae.png

使用特权

评论回复
kk的回忆| | 2021-4-19 10:01 | 显示全部楼层
king5555 发表于 2021-4-16 21:27
β=(hFE*fT/fin)/ ( hFE+(fT/fin)),在
fin=0时β=hFE。在fin=fT时β=1。
在fin=0.5fT时β=2。

基极电压Vib到负载的电压Vo增益,Av= Vout/Vib =Rc//Rl÷Re
这样定义看起来,Av基本是不受fin变化而变化

“Av是你板凳的(Rc||RL)÷(Re+1÷gm) ”
这其中的1÷gm应该如何理解

使用特权

评论回复
sinasun|  楼主 | 2021-4-19 10:03 | 显示全部楼层
king5555 发表于 2021-4-16 21:27
β=(hFE*fT/fin)/ ( hFE+(fT/fin)),在
fin=0时β=hFE。在fin=fT时β=1。
在fin=0.5fT时β=2。

谢谢你们的热心真挚的回复,让我理解了很多概念,也解开了我的很多疑惑。
对1÷gm的概念不是很理解

使用特权

评论回复
sinasun|  楼主 | 2021-4-19 13:19 | 显示全部楼层
king5555 发表于 2021-4-19 11:21
gm=Ie÷26m,于27℃时,因Ie和Ic很接近,所以gm=Ic÷26m,m=0.001,Ic是集极直流电流。gm=1÷re,re是等 ...

嗯,查了资料就明白了,跨导gm=Ic/26mV≈Ie/26mV=38.5Ie
三极管发射机等效电阻re=VT/Ie=26mV/Ie=1/gm

使用特权

评论回复
sinasun|  楼主 | 2021-4-24 15:35 | 显示全部楼层
本帖最后由 sinasun 于 2021-4-24 15:41 编辑
king5555 发表于 2021-4-19 11:21
gm=Ie÷26m,于27℃时,因Ie和Ic很接近,所以gm=Ic÷26m,m=0.001,Ic是集极直流电流。gm=1÷re,re是等 ...

不好意思,关于Av放大倍数有个问题需要更进一步和你讨论的。在TI的一个论坛的图纸中看到一个电路计算VB/VA的gain,也看作是一个共射放大电路,增加一对PNP对作为镜像电流源控制。按照我们之前分析的,板凳放大倍数Av=(Rc//RL)/(Re+rbe), rbe=VT/ICQ=1/gm
按照这个电路我的写法是 Av1=VB/VA=(rbe4//(R1+rbe3)/(R2+rbe1), 将Q4看作集电极电阻,Q3看作负载分析
但是论坛写的是Av1=VB/VA=[(rbe4//(1+β)(R1+rbe3)]/(R2+rbe1),  将Q3的阻抗(R1+rbe3)增大了(1+β),需要帮忙能指教的?
其中L1是1T电感,用于仿真调试,将左右分开
同理,计算Av2=Vc/VA=[(R3+rbe2)//(1+β)(R2+rbe2)]/(R1+rbe3),也是将Q1的阻抗增大了(1+β),

193346083c8f90d78a.png


使用特权

评论回复
评论
sinasun 2021-4-24 16:57 回复TA
这是一个应用电路,可以用作高压线路的电流检测 
hk6108 2021-4-24 16:38 回复TA
这拓扑,已迹近 可控硅 的实际结构了。 
sinasun|  楼主 | 2021-4-24 21:44 | 显示全部楼层

你写的这些公式我知道的
其中还差early voltage的参数吧
ICQ=[Is*EXP(VBE/VT)](1+VCE/VA)

使用特权

评论回复
发新帖 我要提问
您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册

本版积分规则

54

主题

123

帖子

2

粉丝