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在基本公共發射極放大器電路中發射極電阻的作用詳解

技術中心

Technology

在基本公共發射極放大器電路中發射極電阻的作用詳解

分類:
電源技術
作者:
廣州市愛浦電子科技有限公司
來源:
原創
發布時間:
2020/11/28
瀏覽量

AC信號放大器電路的目的是穩定放大器的DC偏置輸入電壓,從而僅放大所需的AC信號。
這種穩定是通過使用發射極電阻來實現的,該電阻可提供普通發射極放大器所需的自動偏置量。為了進一步說明這一點,請考慮以下以下基本放大器電路。
基本公共發射極放大器電路
 
所示的公共發射極放大器電路使用分壓器網絡偏置晶體管的基極,并且公共發射極配置是設計雙極晶體管放大器電路的一種非常流行的方式。該電路的重要特征是相當數量的電流流入晶體管的基極。
兩個偏置電阻R1和R2的交界處的電壓將晶體管的基極電壓V B保持在恒定電壓,并與電源電壓Vcc成比例。注意,V B是從基極到地測量的電壓,它是R2兩端的實際電壓降。
始終將“ A類”放大器電路設計為使基極電流(Ib)小于流經偏置電阻R2的電流的10%。因此,例如,如果我們要求靜態集電極電流為1mA,則基極電流I B約為此的十分之一,即10μA。因此,流過分壓器網絡的電阻器R2的電流必須至少是該值的10倍,即100μA。
使用分壓器的優勢在于其穩定性。由于由R1和R2構成的分壓器負載較輕,因此可以使用所示的簡單分壓器公式輕松計算基極電壓Vb。
分壓器方程

但是,使用這種類型的偏置裝置,分壓器網絡不會因基極電流太小而受到負載,因此,如果電源電壓Vcc有任何變化,那么基極上的電壓電平也會成比例地變化量。然后,需要某種形式的晶體管基極偏壓或Q點的電壓穩定化。
發射極電阻穩定

如圖所示,可以通過在晶體管發射極電路中放置一個電阻來穩定放大器的偏置電壓。這個電阻是已知的發射極電阻,R e。添加這種的發射極電阻器裝置,其發射極端子與晶體管不再接地或零伏電位但是坐在通過的歐姆定律方程給出一個小的電勢在其上方:V E= I E×Re。其中:I E是實際發射極電流。
現在,如果電源電壓Vcc增加,則對于給定的負載電阻,晶體管集電極電流Ic也增加。如果集電極電流增加,相應的發射極電流也必須增加,導致R E兩端的電壓降增加。由于V B  = V E  + V BE,該動作導致基準電壓成比例增加
由于基極電壓通過分壓電阻器R1和R2保持恒定,因此基極上相對于發射極Vbe的DC電壓按比例降低,從而減少了基極電流驅動并保持集電極電流不再增加。如果電源電壓和集電極電流試圖減小值,則會發生類似的動作。
換句話說,此發射極端電阻的增加有助于使用負反饋控制晶體管的基極偏置,從而抵消了集電極電流的任何企圖變化,而基極偏置電壓卻發生了相反的變化,因此電路趨于穩定在固定水平。
同樣,由于部分電源在R E兩端下降,因此其值應盡可能小,以便可以在負載電阻R L以及輸出端產生最大的電壓。但是,其值不能太小,否則電路的不穩定將再次受到影響。
然后,流過發射極電阻器的電流計算為:
發射極電阻電流

根據一般經驗,該發射極電阻兩端的電壓降通常為:V B  – V BE,或電源電壓值Vcc的十分之一(1/10)。發射極電阻器電壓的常用數字在1至2伏之間,以較低者為準。發射極電阻R E的值也可以從增益中找到,因為現在AC電壓增益等于:R L  / R E
發射極電阻示例No1一個普通的發射極放大器具有以下特性:β= 100,Vcc = 30V和R L  =1kΩ。如果放大器電路使用發射極電阻來提高其穩定性,請計算其電阻。
放大器的靜態電流,我CQ給出如下:

發射極電阻兩端的電壓降通常在1-2伏之間,因此假設電壓降V E為1.5伏。

然后,將放大電路所需的發射極電阻值設為:100Ω,并將最終的公共發射極電路設為:
最終通用發射極放大器

如果需要的話,還可以找到放大器級的增益,并給出為:
 
發射極旁路電容在上面的基本串聯反饋電路中,發射極電阻R E執行兩個功能:DC負反饋(用于穩定偏置)和AC負反饋(用于信號跨導和電壓增益規范)。但是,由于發射極電阻是一個反饋電阻,由于交流輸入信號引起的發射極電流I E的波動,也會降低放大器的增益。
 
為克服此問題,如圖所示,在發射極電阻兩端連接了一個稱為“發射極旁路電容器”的電容器C E。該旁路電容器使放大器的頻率響應在指定的截止頻率ƒc處斷開,從而將信號電流旁路(因此得名)接地。
作為電容器,對于DC偏置來說,它似乎是開路,因此,偏置電流和電壓不受旁路電容器的影響。在放大器的工作頻率范圍內,電容器的電抗X C在低頻時將非常高,從而產生負反饋效應,從而降低了放大器的增益。
通常選擇該旁路電容器C E的值以提供在最低截止頻率點的電容電抗,最多為發射極電阻器R E的值的十分之一(1/10)。然后假設要放大的最低信號頻率為100 Hz。旁路電容器C E的值計算如下:
發射極旁路電容
 
那么對于我們上面的簡單公共發射極放大器,與發射極電阻并聯的發射極旁路電容器的值是:160μF
分離式發射極放大器雖然增加了旁路電容器,但C E通過抵消β(β)不確定性的影響來幫助控制放大器的增益,其主要缺點之一是,在高頻下,電容器的電抗會變得很低,以至于有效短路發射極電阻R E隨頻率增加而增加。
結果是,在高頻下,電容器的電抗幾乎不能實現AC反饋控制,因為R E短路了,這也意味著晶體管的AC電壓增益會大大增加,從而使放大器進入飽和狀態。
在整個工作頻率范圍內控制放大器增益的一種簡單方法是將發射極電阻分成兩部分,如圖所示。
分體發射極電阻
 
發射極支路中的電阻分為兩部分:R E1和R E2在發射極支路內形成分壓器網絡,旁路電容并聯連接在下部電阻兩端。
上電阻R E1與以前相同,但未被電容器旁路,因此在計算信號參數時必須考慮。下電阻器R E2與電容器并聯連接,并且在計算信號參數時被視為零歐姆,因為它在高頻下會短路。
這樣做的好處是我們可以在整個輸入頻率范圍內控制放大器的交流增益。在直流下,發射極電阻的總值等于R E1  + R E2,而在更高的交流頻率下,發射極電阻僅為:R E1,與上面的原始未旁路電路相同。
那么電阻R E2是多少呢?那么這將取決于較低的頻率截止點所需的直流電壓增益。我們之前說過,上述電路的增益等于:R L  / R E,對于我們上面的公共發射器電路,其計算為10(1kΩ/100Ω)。但是現在在直流下,增益等于:R L  /(R E1  + R E2)
因此,如果我們選擇的直流增益為發射電阻器的電阻值R E2,則說為1(一),則R E2為:
分離發射極電阻,R E2

然后,對于直流增益1(一),R E1  =100Ω且R E2  =900Ω。請注意,AC增益將等于10。
然后,根據工作頻率,分離發射極放大器的電壓增益和輸入阻抗值介于完全旁路發射極放大器和非旁路發射極放大器之間。
發射極電阻摘要然后,總而言之,由于制造公差以及由于電源電壓和工作溫度的變化,晶體管的電流放大參數β可能從一個器件到具有相同類型和相同零件號的另一器件有很大變化。
然后,對于一個普通的發射極A類放大器電路,必須使用一個偏置電路,該電路將穩定工作Q點,使DC集電極電流I C獨立于β。的影響β可以通過添加來降低在發射極電流的值發射極電阻,R E在發射極腿,以提供穩定作用。
該發射極電阻兩端的電壓降通常在1至2伏之間。發射極電阻可以通過合適的旁路電容器完全旁路,C E與發射極電阻并聯以實現更高的交流增益,或者使用分流發射極分壓器網絡來部分旁路,以降低直流增益和失真。該電容器的值由其在最低信號頻率下的容抗(X C)值確定。
 

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