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李燕

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实例细说晶体管相位分离器运用于推挽功率放大器

分相器是另一种类型的双极结型晶体管的,(BJT)的配置,其中单个正弦输入信号被分成由180个电角度相位彼此不同两个独立的输出。

晶体管分相器的输入信号被施加到基极端子,其中一个输出信号取自集电极端子,第二输出信号取自发射极端子。因此,晶体管分相器是双输出放大器,从其集电极和发射极端子产生互补输出,这些输出异相180]单晶体管分相器电路并不是什么新鲜事,因为我们已经在之前的教程中看到了它的基本构建模块。相位分离器,反相器电路将共发射极放大器的特性与公共集电极放大器的特性相结合。与CE放大器和CC放大器电路一样,分相器电路正向偏置,作为线性A类放大器工作,以减少输出信号失真。
但首先让我们重新了解共发射极(CE)放大器电路和公共集电极(CC)放大器电路配置。
共用发射极放大器
具有分压器偏置的共发射极电路是最广泛使用的线性放大器配置,因为它易于偏置和理解。
输入信号施加到基极端子,输出信号来自连接在集电极和正电源轨V]除了提供由以下比率确定的电压放大:R L / R E,公共发射极(CE)配置的主要特性是它是一个反相放大器,在输入和输出信号之间产生180 °的反相。
为了作为A类放大器工作,电路被偏置,使得馈入基极的静态电流I]的共集电极放大器使用单晶体管与集电极是两者共同的输入和输出电路公共集电极配置。输入信号施加到晶体管基极端子,输出取自发射极端子,如图所示。
由于输出信号来自发射极电阻,因此R]共集电极(CC)配置的主要特征是它是一个非反相放大器,因为输入信号直接通过基极 - 发射极结到达输出。因此输出与输入“同相”。因此,它的电压增益略小于1(单位)。
与先前的共发射极配置一样,公共集电极放大器的晶体管使用分压器网络偏置到电源电压的一半,以便为其DC工作条件提供良好的稳定性。
相位分离器配置
如果我们将共发射极放大器的配置与公共集电极放大器的配置相结合并同时从集电极和发射极端子输出,我们可以创建一个晶体管电路,产生两个幅度相等的输出信号但相互颠倒。
在分相器使用单个晶体管,以产生反相和非反相输出端,如图所示。
相位分离器使用NPN晶体管

我们之前说过,共发射极放大器的电压增益是R]作为共集电极,发射极跟随器放大器电路自然地具有接近一(1)的一个非反相电压增益,两个输出信号,一个来自收集器和一个从发射极,将在振幅但180等于ö OUT-异相。这使得单位增益晶体管分相器电路对于向另一个放大器级提供互补或反相输入非常有用,例如B类推挽功率放大器。
为了正常工作,必须选择连接在电源轨和地之间的分压器网络,以便产生正确的DC条件稳定,以便从集电极和发射极端子输出电压摆动,从而产生对称输出。
相分离器实例No1
需要单个晶体管分相器电路来驱动推挽功率放大器级。如果电源电压为9伏,则设计合适的电路,使用的NPN 2N3904晶体管的Beta值为100,静态集电极电流为1mA,输入信号的幅度为1V峰值。
为防止发射极端输出信号失真,发射极端的直流偏置电压必须大于输入信号的最大值,在这种情况下为1伏峰值。如果我们将DC静态发射极端电压设置为输入值的两倍以确保无失真输出摆幅,则V]当V E设置为2伏且发射极电流(也是集电极静态电流)流过它时为1mA,发射极电阻值R E计算如下:

对于分相器电路的公共发射极侧的电压增益等于-1(统一),集电极负载电阻R 大号必须等于R È。即R L  = R E  =2kΩ。因此,集电极负载电阻下降的电压计算如下:

应用基尔霍夫电压定律,V CC  - V C  - V CE  - V E  = 0.因此9 - 2 - 5 - 2 = 0.我们希望看到这一点,因为R L = R E且电流流过两个电阻因此,每个电阻器上的I * R电压降在2.0伏特时是相同的。
这意味着非反相输出(发射极端子)的直流偏置电压为2.0伏(0]晶体管DC电流增益β为100.对于共发射极放大器,Beta是集电极电流与基极电流之比,即; β= I C / I B,所需的基极偏置电流值计算如下:

然后,对于100的DC电流增益,静态基极电流I B(Q)给出为10uA。通常的做法是,流过分压器网络的基极 - 地电阻器的静态电流值比基极电流大十倍(x10)。因此,流过R 2的电流将是10 * I B = 10 * 10uA = 100uA。
基极电压V]

由于流过R]

因此,用于分离器电路的DC偏置的分压器网络由R]将上述计算值放在一起就可以得到单晶体管分相器电路:
晶体管相分离器电路

由于单个晶体管分相器电路产生两个输出版本的输入信号,一个与输入信号相位相同的非反相版本,以及一个180 °相位反相版本的输入信号,两个输出具有相同的幅度,这使得分相器电路非常适合用于驱动推挽或图腾柱配置的输出,用于放大或直流电机控制。
考虑下面的电路。
图腾柱输出阶段

由于互补输出取自晶体管的集电极和发射极,当上晶体管在输入波形的正半周期,较低的晶体管Q3正向偏置导通,而上部晶体管,Q2关断时,这样的波形的正半被传递到负载电阻器,- [R 大号。
因此,在任何一个时刻,只有一个输出晶体管我们在本教程中已经看到,通过将共发射极电路与公共集电极电路相结合,我们可以创建另一种类型的单晶体管电路,它实际上不是CE放大器,也不是CC放大器,而是产生两个电压的分相器电路。相同幅度但相位相反的。
有时需要有两个幅度相等但相位相差180]单晶体管分相器电路被偏置为作为A类放大器工作,其中两个互补(反相和非反相)输出分别取自晶体管的集电极和发射极端子。要正确操作,每个输出的增益必须设置为1,单位增益。
单晶体管分相器电路可用于驱动B类推挽放大器,用于逆变器的中心抽头变压器或用于电机控制的图腾柱输出,因为当一个晶体管导通时,另一个晶体管截止。

回帖(2)

王栋春

2019-8-1 22:32:12
学习了            
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alonggege

2019-8-3 08:03:56
不错,很好的经验分享,辛苦麻烦了,欠缺这方面的资料,非常感谢
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