共射放大电路经过电容隔直，最大带载能力如何求解

只看该作者 · 2021-4-13 21:16

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

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；

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？

只看该作者 · 2021-4-13 21:42

不失真，
正负半周对称，
功率输出最大(阻抗匹配)。

只看该作者 · 2021-4-13 21:51

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。。

只看该作者 · 2021-4-13 22:16

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 。

只看该作者 · 2021-4-14 09:23

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

只看该作者 · 2021-4-14 21:40

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。

只看该作者 · 2021-4-14 22:00

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。

只看该作者 · 2021-4-14 22:11

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

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？

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？

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;

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？

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

1万 · 2021-4-14 23:00

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。

只看该作者 · 2021-4-15 09:15

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。

只看该作者 · 2021-4-15 11:16

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

只看该作者 · 2021-4-16 10:05

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？

只看该作者 · 2021-4-16 10:19

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？

只看该作者 · 2021-4-16 13:05

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？

只看该作者 · 2021-4-16 15:30

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。

只看该作者 · 2021-4-19 10:01

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

只看该作者 · 2021-4-19 10:03

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

只看该作者 · 2021-4-19 13:19

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

只看该作者 · 2021-4-24 15:35

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），

只看该作者 · 2021-4-24 21:44

king5555 发表于 2021-4-24 21:34
先弄懂这个。

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)

共射放大电路经过电容隔直，最大带载能力如何求解

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