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在基本公共发射极放大器电路中发射极电阻的作用详解

2020-11-10 09:17:58  594 电阻 电容 放大器
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AC信号放大器电路的目的是稳定放大器的DC偏置输入电压,从而仅放大所需的AC信号。
这种稳定是通过使用发射极电阻来实现的,该电阻可提供普通发射极放大器所需的自动偏置量。为了进一步说明这一点,请考虑以下以下基本放大器电路。
基本公共发射极放大器电路
所示的公共发射极放大器电路使用分压器网络偏置晶体管的基极,并且公共发射极配置是设计双极晶体管放大器电路的一种非常流行的方式。该电路的重要特征是相当数量的电流流入晶体管的基极。
两个偏置电阻R1和R2的交界处的电压将晶体管的基极电压V B保持在恒定电压,并与电源电压Vcc成比例。注意,V B是从基极到地测量的电压,它是R2两端的实际电压降。
始终将“ A类”放大器电路设计为使基极电流(Ib)小于流经偏置电阻R2的电流的10%。因此,例如,如果我们要求静态集电极电流为1mA,则基极电流I B约为此的十分之一,即10μA。因此,流过分压器网络的电阻器R2的电流必须至少是该值的10倍,即100μA
使用分压器的优势在于其稳定性。由于由R1和R2构成的分压器负载较轻,因此可以使用所示的简单分压器公式轻松计算基极电压Vb。
分压器方程

但是,使用这种类型的偏置装置,分压器网络不会因基极电流太小而受到负载,因此,如果电源电压Vcc有任何变化,那么基极上的电压电平也会成比例地变化量。然后,需要某种形式的晶体管基极偏压或Q点的电压稳定化。
发射极电阻稳定
如图所示,可以通过在晶体管发射极电路中放置一个电阻来稳定放大器的偏置电压。这个电阻是已知的发射极电阻,R e。添加这种的发射极电阻器装置,其发射极端子与晶体管不再接地或零伏电位但是坐在通过的欧姆定律方程给出一个小的电势在其上方:V E= I E×Re。其中:I E是实际发射极电流。
现在,如果电源电压Vcc增加,则对于给定的负载电阻,晶体管集电极电流Ic也增加。如果集电极电流增加,相应的发射极电流也必须增加,导致R E两端的电压降增加。由于V B  = V E  + V BE,该动作导致基准电压成比例增加
由于基极电压通过分压电阻器R1和R2保持恒定,因此基极上相对于发射极Vbe的DC电压按比例降低,从而减少了基极电流驱动并保持集电极电流不再增加。如果电源电压和集电极电流试图减小值,则会发生类似的动作。
换句话说,此发射极端电阻的增加有助于使用负反馈控制晶体管的基极偏置,从而抵消了集电极电流的任何企图变化,而基极偏置电压却发生了相反的变化,因此电路趋于稳定在固定水平。
同样,由于部分电源在R E两端下降,因此其值应尽可能小,以便可以在负载电阻R L以及输出端产生最大的电压。但是,其值不能太小,否则电路的不稳定将再次受到影响。
然后,流过发射极电阻器的电流计算为:
发射极电阻电流

根据一般经验,该发射极电阻两端的电压降通常为:V B  – V BE,或电源电压值Vcc的十分之一(1/10)。发射极电阻器电压的常用数字在1至2伏之间,以较低者为准。发射极电阻R E的值也可以从增益中找到,因为现在AC电压增益等于:R L  / R E
发射极电阻示例No1一个普通的发射极放大器具有以下特性:β= 100,Vcc = 30V和R L  =1kΩ。如果放大器电路使用发射极电阻来提高其稳定性,请计算其电阻。
放大器的静态电流,我CQ给出如下:

发射极电阻两端的电压降通常在1-2伏之间,因此假设电压降V E为1.5伏。

然后,将放大电路所需的发射极电阻值设为:100Ω,并将最终的公共发射极电路设为:
最终通用发射极放大器

如果需要的话,还可以找到放大器级的增益,并给出为:
发射极旁路电容在上面的基本串联反馈电路中,发射极电阻R E执行两个功能:DC负反馈(用于稳定偏置)和AC负反馈(用于信号跨导和电压增益规范)。但是,由于发射极电阻是一个反馈电阻,由于交流输入信号引起的发射极电流I E的波动,也会降低放大器的增益。
为克服此问题,如图所示,在发射极电阻两端连接了一个称为“发射极旁路电容器”的电容器C E。该旁路电容器使放大器的频率响应在指定的截止频率ƒc处断开,从而将信号电流旁路(因此得名)接地。
作为电容器,对于DC偏置来说,它似乎是开路,因此,偏置电流和电压不受旁路电容器的影响。在放大器的工作频率范围内,电容器的电抗X C在低频时将非常高,从而产生负反馈效应,从而降低了放大器的增益。
通常选择该旁路电容器C E的值以提供在最低截止频率点的电容电抗,最多为发射极电阻器R E的值的十分之一(1/10)。然后假设要放大的最低信号频率为100 Hz。旁路电容器C E的值计算如下:
发射极旁路电容
那么对于我们上面的简单公共发射极放大器,与发射极电阻并联的发射极旁路电容器的值是:160μF
分离式发射极放大器虽然增加了旁路电容器,但C E通过抵消β(β)不确定性的影响来帮助控制放大器的增益,其主要缺点之一是,在高频下,电容器的电抗会变得很低,以至于有效短路发射极电阻R E随频率增加而增加。
结果是,在高频下,电容器的电抗几乎不能实现AC反馈控制,因为R E短路了,这也意味着晶体管的AC电压增益会大大增加,从而使放大器进入饱和状态。
在整个工作频率范围内控制放大器增益的一种简单方法是将发射极电阻分成两部分,如图所示。
分体发射极电阻
发射极支路中的电阻分为两部分:R E1和R E2在发射极支路内形成分压器网络,旁路电容并联连接在下部电阻两端。
上电阻R E1与以前相同,但未被电容器旁路,因此在计算信号参数时必须考虑。下电阻器R E2与电容器并联连接,并且在计算信号参数时被视为零欧姆,因为它在高频下会短路。
这样做的好处是我们可以在整个输入频率范围内控制放大器的交流增益。在直流下,发射极电阻的总值等于R E1  + R E2,而在更高的交流频率下,发射极电阻仅为:R E1,与上面的原始未旁路电路相同。
那么电阻R E2是多少呢?那么这将取决于较低的频率截止点所需的直流电压增益。我们之前说过,上述电路的增益等于:R L  / R E,对于我们上面的公共发射器电路,其计算为10(1kΩ/100Ω)。但是现在在直流下,增益等于:R L  /(R E1  + R E2)
因此,如果我们选择的直流增益为发射电阻器的电阻值R E2,则说为1(一),则R E2为:
分离发射极电阻,R E2

然后,对于直流增益1(一),R E1  =100Ω且R E2  =900Ω。请注意,AC增益将等于10。
然后,根据工作频率,分离发射极放大器的电压增益和输入阻抗值介于完全旁路发射极放大器和非旁路发射极放大器之间。
发射极电阻摘要然后,总而言之,由于制造公差以及由于电源电压和工作温度的变化,晶体管的电流放大参数β可能从一个器件到具有相同类型和相同零件号的另一器件有很大变化。
然后,对于一个普通的发射极A类放大器电路,必须使用一个偏置电路,该电路将稳定工作Q点,使DC集电极电流I C独立于β。的影响β可以通过添加来降低在发射极电流的值发射极电阻,R E在发射极腿,以提供稳定作用。
该发射极电阻两端的电压降通常在1至2伏之间。发射极电阻可以通过合适的旁路电容器完全旁路,C E与发射极电阻并联以实现更高的交流增益,或者使用分流发射极分压器网络来部分旁路,以降低直流增益和失真。该电容器的值由其在最低信号频率下的容抗(X C)值确定。

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kuakewei 2020-11-10 10:19:31
感谢分享,非常的有用。
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kuakewei123 2020-11-10 11:31:32
学习一下,了解一下
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K13534175187 2020-11-12 09:29:36
感谢分享,学到了
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金文 2020-11-13 21:53:49
感谢分享,学习下
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kuakewei 昨天 09:58
感谢楼主的分享
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