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  • 一個(gè)電路介紹設(shè)計(jì)NPN三極管放大電路
    • 發(fā)布時(shí)間:2021-03-01 13:47:50
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    一個(gè)電路介紹設(shè)計(jì)NPN三極管放大電路
    現(xiàn)在踏足到消費(fèi)類(lèi)電子,為了保持超高的性?xún)r(jià)比,在日常設(shè)計(jì)中經(jīng)常用分離元器件。比如聲音功放,需要一個(gè)電壓和電流放大,兩個(gè)三極管幾個(gè)電阻電容完成。但是后端還需要DSP的處理了。別的不說(shuō),現(xiàn)在就分析下三極管設(shè)計(jì)的前前后后。
    我們常見(jiàn)的交流信號(hào)放大電路如圖所示:
    三極管放大電路
    首先要計(jì)算出靜態(tài)工作點(diǎn):
    三極管放大電路
    對(duì)于交流信號(hào),我們進(jìn)行如下分析:
    假如輸入電壓引變化 ,則射極電流變化 ,由于 ,那么集電極上變化的電壓為
    三極管放大電路
    由于C2為“隔直通交”的作用,在基極引入的直流電壓被過(guò)濾掉,通過(guò)整理可以得到電路的放大倍數(shù)為
    三極管放大電路
    從上式中可以看出,R4與電路的放大倍數(shù)成反比,也就是我們常說(shuō)的負(fù)反饋,因此該電路就是經(jīng)典的共射負(fù)反饋電路,R4為發(fā)射極反饋電阻。由于負(fù)反饋的引入,該電路在R4電阻的作用下可以有效的抑制晶體管三極管hef的分散性和由溫度引起的Vbe變化而產(chǎn)生的發(fā)射極電流的變化,即常說(shuō)的負(fù)反饋增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
    在實(shí)際的電路設(shè)計(jì)中,利用以上的計(jì)算公式和選取三極管的數(shù)據(jù)手冊(cè),可以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的,滿(mǎn)足功能需求的三極管放大電流。如下圖為2SC2412的數(shù)據(jù)手冊(cè),在該手冊(cè)中可以看出三極管的耐壓最大值和電流最大值,這在電路設(shè)計(jì)中很重要。比如Vbeo為7v,如果在設(shè)計(jì)中沒(méi)有注意到這個(gè)限制,采用了高于7v的輸入電壓,那么就會(huì)燒毀三極管。還有另外一個(gè)需要注意的就是Ic的大小, 2SC2412的Ic最大為150mA,在設(shè)計(jì)中如果沒(méi)有注意到這個(gè)參數(shù),使Ic過(guò)大,也會(huì)引起燒毀三極管的結(jié)果。
    三極管放大電路三極管放大電路
    上圖描述的是2SC2412的頻率特性:頻率特性與發(fā)射極之間的電流關(guān)系。其中縱坐標(biāo)ft為晶體管的特征頻率,是交流電流放大系數(shù)為1時(shí)的頻率。從圖中可以看出早80-450Mhz之間,發(fā)射極電流Ie有很大的變化。為獲得好的頻率曲線(xiàn),在20mA—40mA該款晶體三極管的頻率特性最好。因此,找一款適合設(shè)計(jì)的晶體管,特征頻率表也是硬件工程師的一項(xiàng)工作。
    在實(shí)際電路的設(shè)計(jì)中,通常會(huì)遇到削頂或削底的現(xiàn)象: Vc的數(shù)學(xué)表達(dá)式為
    三極管放大電路
    從數(shù)學(xué)角度看,Vc變化可以從0—Vcc,當(dāng)R3的阻值過(guò)大時(shí),去極限0,那么在Vc的電壓表現(xiàn)中表現(xiàn)為電壓曲線(xiàn)為一條直線(xiàn)0,這就是削底失真。相反,如果R3過(guò)小,會(huì)發(fā)生削頂失真。為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)中碰到的這些問(wèn)題,在設(shè)計(jì)電路中通常將Vc的電位設(shè)置在0—Vcc之間,這樣,在一定程度上減小了失真現(xiàn)象的產(chǎn)生。
    另外一個(gè)需要注意的事項(xiàng)是基極偏置電阻的確定。在確定基極偏置電阻時(shí)候,需要明確兩個(gè)事情:a、晶體三極管的基極電流是集電極電流的1/hef,b、基極偏置電阻組成的回路中流過(guò)的電流要比晶體三極管基極電流大10倍以上,才能忽略基極電流,通常為了方便,取一個(gè)合適、便于計(jì)算的數(shù)值。
    關(guān)于耦合電容的選取也要有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度。從事實(shí)角度看,需要從三極管的等效模型來(lái)進(jìn)行分析:C1與輸入電阻組成一個(gè)高通的濾波電路,輸出電阻和C2也構(gòu)成同樣性質(zhì)的電流。因此,在確定C1的大小時(shí),需要根據(jù)
    三極管放大電路
    進(jìn)行計(jì)算。對(duì)于Rin來(lái)說(shuō),是R1、R2和R4等效后電阻的并聯(lián)值。對(duì)于確認(rèn)C2時(shí),需要考慮負(fù)載的特性,因?yàn)椴煌呢?fù)載特性會(huì)影響濾波器的截止頻率。
    至此,三極管設(shè)計(jì)的基本關(guān)鍵點(diǎn)已經(jīng)完成,在實(shí)際設(shè)計(jì)中,在這些基礎(chǔ)之上,能完成性能更加完善的電路。
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