晶體管電路設(shè)計上(1,2共射極放大電路) 學(xué)習(xí)筆記

1、輸入信號不是直接被放大的晶體管吸收輸入信號的振幅信息，由電源重新產(chǎn)生輸出信號。晶體管電路的常數(shù)僅由Vbe=0.6v 和歐姆定律就能全部求得。雙極晶體管是由基極流動的電流來控制集電極的電流FET 是由加在柵極上的電壓來控制 漏極 源極 之間電流共射極放大電路基極 輸入集電極 輸出發(fā)射極 公共地電位相反：Vi增加ic增加Rc壓降增加Vc=VCC-Rc壓降 Vc減小.求上電路圖的直流電位求交流電壓放大倍數(shù)交流電壓放大倍數(shù)與晶體管的直流電流放大系數(shù)hFE無關(guān)(認(rèn)為基極電流為0,所以與hFE無關(guān),嚴(yán)格來說有關(guān))電路設(shè)計1. 確定電源電壓最大輸出電壓是重點.為了輸出5v,要用5v以上的電源.2. 選擇晶體

2、管考慮晶體管的最大額定值,因為電源電壓15v,所以Vcbo Vceo的最大額定值在15v以上3. 確定發(fā)射極電流的工作點因為該設(shè)計沒有詳細(xì)的規(guī)定,Ie為最大額定電流以下(150ma),都可以.這里取1ma4.確定 Rc Re RC:RE=5:1Vbe約等于0.6v ,然而它具有-2.5ma/C的溫度特性，Vbe的變化導(dǎo)致Ve的變化，導(dǎo)致Ie變化。為了使工作點（Ic）穩(wěn)定，Re的直流壓降必須在1v以上。這里取Re的壓降為2vRe=Ve/Ie=2v/1ma=2kRc=5Re=10KVCE=VC-VE=VCC-IC*RC-IE*RE=15-10-2=3V晶體管的集電極損耗PC(在集電極和發(fā)射極之間的

3、損耗，變?yōu)闊崃?：Pc=VCE*IC=3mW在規(guī)定值之下。VE=2V基極電位是由R1,R2對電源分壓到的，所以如果R2的壓降是2.6v，那么r1的壓降就四12.4v 在晶體管的基極流動電流為集電極電流的 1/Hfe, 假設(shè) Hfe=200,有必要在R1,r2 上流過比基極電流大的多的電流 ,使基極電流能夠忽略.在這里取 0.1ma(10倍以上就可以)R2=26k由于r1 r2的值在E24系統(tǒng)數(shù)列的電阻中沒有,那么取r1=100k,R2=22K 注意比值不變.6.確定耦合電容C1 C2C1 C2 將基極,集電極的直流電壓截去,僅讓交流成分進(jìn)行輸入 輸出.C1與輸入阻抗,C2與連接在輸出端的負(fù)載電

4、阻分別形成高通濾波器.電路的交流輸入阻抗,如果晶體管的輸入阻抗無限大,則電源的阻抗在交流上與GND是相同的阻抗(0歐).?所以輸入阻抗為r1 r2的并聯(lián).C1形成的高通濾波器截至頻率C2形成的高通濾波器會因為不同的電阻負(fù)載發(fā)生變化.7.確定去耦電容C3 C4去耦電容:降低電源對GND的交流阻抗用的電容(旁路電容)當(dāng)沒有這個電容時,嚴(yán)重時,電路發(fā)生震蕩.去耦電容的解釋：旁路電容不是理論概念，而是一個經(jīng)常使用的實用方法，電子管或者晶體管是需要偏置的，就是決定工作點的直流供電條件。例如電子管的柵極相對于陰極往往要求加有負(fù)壓，為了在一個直流電源下工作，就在陰極對地串接一個電阻，利用板流形成陰極的對地正

5、電位，而柵極直流接地，這種偏置技術(shù)叫做“自偏”，但是對（交流）信號而言，這同時又是一個負(fù)反饋，為了消除這個影響，就在這個電阻上并聯(lián)一個足夠大的點容，這就叫旁路電容。去耦電容在集成電路電源和地之間的有兩個作用：一方面是本集成電路的蓄能電容，另一方面旁路掉該器件的高頻噪聲。數(shù)字電路中典型的去耦電容值是0.1F。這個電容的分布電感的典型值是5H。0.1F的去耦電容有5H的分布電感，它的并行共振頻率大約在7MHz左右，也就是說，對于10MHz以下的噪聲有較好的去耦效果，對40MHz以上的噪聲幾乎不起作用。1F、10F的電容，并行共振頻率在20MHz以上，去除高頻噪聲的效果要好一些。每10片左右集成電路

6、要加一片充放電電容，或1個蓄能電容，可選10F左右。最好不用電解電容，電解電容是兩層薄膜卷起來的，這種卷起來的結(jié)構(gòu)在高頻時表現(xiàn)為電感。要使用鉭電容或聚碳酸酯電容。去耦電容的選用并不嚴(yán)格，可按C=1/F，即10MHz取0.1F，100MHz取0.01F。一般來說，容量為uf級的電容，象電解電容或鉭電容，他的電感較大，諧振頻率較小，對低頻信號通過較好，而對高頻信號，表現(xiàn)出較強(qiáng)的電感性，阻抗較大，同時，大電容還可以起到局部電荷池的作用，可以減少局部的干擾通過電源耦合出去；容量為0.0010.1uf的電容，一般為陶瓷電容或云母電容，電感小，諧振頻率高，對高頻信號的阻抗較小，可以為高頻干擾信號提供一條旁

7、路，減少外界對該局部的耦合干擾旁路是把前級或電源攜帶的高頻雜波或信號濾除；去藕是為保正輸出端的穩(wěn)定輸出（主要是針對器件的工作）而設(shè)的“小水塘”，在其他大電流工作時保證電源的波動范圍不會影響該電路的工作；補(bǔ)充一點就是所謂的藕合：是在前后級間傳遞信號而不互相影響各級靜態(tài)工作點的元件有源器件在開關(guān)時產(chǎn)生的高頻開關(guān)噪聲將沿著電源線傳播。去耦電容的主要功能就是提供一個局部的直流電源給有源器件，以減少開關(guān)噪聲在板上的傳播和將噪聲引導(dǎo)到地。從電路來說，總是存在驅(qū)動的源和被驅(qū)動的負(fù)載。如果負(fù)載電容比較大，驅(qū)動電路要把電容充電、放電，才能完成信號的跳變，在上升沿比較陡峭的時候，電流比較大，這樣驅(qū)動的電流就會吸收

8、很大的電源電流，由于電路中的電感，電阻（特別是芯片管腳上的電感，會產(chǎn)生反彈），這種電流相對于正常情況來說實際上就是一種噪聲，會影響前級的正常工作。這就是耦合。去耦電容就是起到一個電池的作用，滿足驅(qū)動電路電流的變化，避免相互間的耦合干擾。旁路電容實際也是去耦合的，只是旁路電容一般是指高頻旁路，也就是給高頻的開關(guān)噪聲提高一條低阻抗泄防途徑。高頻旁路電容一般比較小，根據(jù)諧振頻率一般是0.1u，0.01u等，而去耦合電容一般比較大，是10u或者更大，依據(jù)電路中分布參數(shù)，以及驅(qū)動電流的變化大小來確定。如上圖,可以在很寬的范圍降低電源對GND的阻抗.小容量的電容器是在高頻情況下降低阻抗用的,如果不配置在電

9、路臨近,則電容器的引線增加,由于引線本身的阻抗,電源的阻抗不能降低.放大電路的性能1,輸入阻抗輸入阻抗變低？阻抗是一個比電阻大的概念.阻抗包括感抗容抗電阻,感抗是電感(線圈)對交流電的阻礙能力,容抗是電容對交流電的阻礙能力,電阻是導(dǎo)體對穩(wěn)恒電流的阻礙能力,不同阻抗的材料組合起來可以控制電路的電流相位波形,從而實現(xiàn)控制.輸入阻抗是指一個電路輸入端的等效阻抗。在輸入端上加上一個電壓源U，測量輸入端的電流I，則輸入阻抗Rin就是U/I。你可以把輸入端想象成一個電阻的兩端，這個電阻的阻值，就是輸入阻抗。輸入阻抗跟一個普通的電抗元件沒什么兩樣，它反映了對電流阻礙作用的大小。對于電壓驅(qū)動的電路，輸入阻抗越

10、大，則對電壓源的負(fù)載就越輕，因而就越容易驅(qū)動；而對于電流驅(qū)動型的電路，輸入阻抗越小，則對電流源的負(fù)載就越輕。因此，我們可以這樣認(rèn)為：如果是用電壓源來驅(qū)動的，則輸入阻抗越大越好；如果是用電流源來驅(qū)動的，則阻抗越小越好（注：只適合于低頻電路，在高頻電路中，還要考慮阻抗匹配問題。另外如果要獲取最大輸出功率時，也要考慮阻抗匹配問題。）輸出阻抗阻抗是電路或設(shè)備對交流電流的阻力，輸出阻抗是在出口處測得的阻抗。阻抗越小，驅(qū)動更大負(fù)載的能力就越高。何為阻抗阻抗從字面上看就與電阻不一樣，其中只有一個阻字是相同的，而另一個抗字呢？簡單地說，阻抗就是電阻加電抗，所以才叫阻抗；周延一點地說，阻抗就是電阻、電容抗及電感

11、抗在向量上的和。在直流電的世界中，物體對電流阻礙的作用叫做電阻，世界上所有的物質(zhì)都有電阻，只是電阻值的大小差異而已。電阻小的物質(zhì)稱作良導(dǎo)體，電阻很大的物質(zhì)稱作非導(dǎo)體，而最近在高科技領(lǐng)域中稱的超導(dǎo)體，則是一種電阻值幾近于零的東西。但是在交流電的領(lǐng)域中則除了電阻會阻礙電流以外，電容及電感也會阻礙電流的流動，這種作用就稱之為電抗，意即抵抗電流的作用。電容及電感的電抗分別稱作電容抗及電感抗，簡稱容抗及感抗。它們的計量單位與電阻一樣是歐姆，而其值的大小則和交流電的頻率有關(guān)系，頻率愈高則容抗愈小感抗愈大，頻率愈低則容抗愈大而感抗愈小。此外電容抗和電感抗還有相位角度的問題，具有向量上的關(guān)系式，因此才會說：阻

12、抗是電阻與電抗在向量上的和。阻抗匹配信號傳輸過程中負(fù)載阻抗和信源內(nèi)阻抗之間的特定配合關(guān)系。一件器材的輸出阻抗和所連接的負(fù)載阻抗之間所應(yīng)滿足的某種關(guān)系，以免接上負(fù)載后對器材本身的工作狀態(tài)產(chǎn)生明顯的影響。對電子設(shè)備互連來說，例如信號源連放大器，前級連后級，只要后一級的輸入阻抗大于前一級的輸出阻抗5-10倍以上，就可認(rèn)為阻抗匹配良好；對于放大器連接音箱來說，電子管機(jī)應(yīng)選用與其輸出端標(biāo)稱阻抗相等或接近的音箱，而晶體管放大器則無此限制，可以接任何阻抗的音箱。 匹配條件 負(fù)載阻抗等于信源內(nèi)阻抗，即它們的模與輻角分別相等，這時在負(fù)載阻抗上可以得到無失真的電壓傳輸。負(fù)載阻抗等于信源內(nèi)阻抗的共軛值，即它們的模相

13、等而輻角之和為零。這時在負(fù)載阻抗上可以得到最大功率。這種匹配條件稱為共軛匹配。如果信源內(nèi)阻抗和負(fù)載阻抗均為純阻性，則兩種匹配條件是等同的。阻抗匹配是指負(fù)載阻抗與激勵源內(nèi)部阻抗互相適配，得到最大功率輸出的一種工作狀態(tài)。對于不同特性的電路，匹配條件是不一樣的。在純電阻電路中，當(dāng)負(fù)載電阻等于激勵源內(nèi)阻時，則輸出功率為最大，這種工作狀態(tài)稱為匹配，否則稱為失配。當(dāng)激勵源內(nèi)阻抗和負(fù)載阻抗含有電抗成份時，為使負(fù)載得到最大功率，負(fù)載阻抗與內(nèi)阻必須滿足共扼關(guān)系，即電阻成份相等，電抗成份絕對值相等而符號相反。這種匹配條件稱為共扼匹配。阻抗匹配（Impedance matching）是微波電子學(xué)里的一部分，主要用于

14、傳輸線上，來達(dá)至所有高頻的微波信號皆能傳至負(fù)載點的目的，不會有信號反射回來源點，從而提升能源效益。史密夫圖表上。電容或電感與負(fù)載串聯(lián)起來，即可增加或減少負(fù)載的阻抗值，在圖表上的點會沿著代表實數(shù)電阻的圓圈走動。如果把電容或電感接地，首先圖表上的點會以圖中心旋轉(zhuǎn)180度，然后才沿電阻圈走動，再沿中心旋轉(zhuǎn)180度。重覆以上方法直至電阻值變成1，即可直接把阻抗力變?yōu)榱阃瓿善ヅ?。共軛匹配在信號源給定的情況下，輸出功率取決于負(fù)載電阻與信號源內(nèi)阻之比K，當(dāng)兩者相等，即K=1時，輸出功率最大。阻抗匹配的概念可以推廣到交流電路，當(dāng)負(fù)載阻抗與信號源阻抗共軛時，能夠?qū)崿F(xiàn)功率的最大傳輸，如果負(fù)載阻抗不滿足共軛匹配的條

15、件，就要在負(fù)載和信號源之間加一個阻抗變換網(wǎng)絡(luò)，將負(fù)載阻抗變換為信號源阻抗的共軛，實現(xiàn)阻抗匹配阻抗匹配是指信號源或者傳輸線跟負(fù)載之間的一種合適的搭配方式。阻抗匹配分為低頻和高頻兩種情況討論。我們先從直流電壓源驅(qū)動一個負(fù)載入手。由于實際的電壓源，總是有內(nèi)阻的（請參看輸出阻抗一問），我們可以把一個實際電壓源，等效成一個理想的電壓源跟一個電阻r串聯(lián)的模型。假設(shè)負(fù)載電阻為R，電源電動勢為U，內(nèi)阻為r，那么我們可以計算出流過電阻R的電流為：I=U/(R+r)，可以看出，負(fù)載電阻R越小，則輸出電流越大。負(fù)載R上的電壓為：222222222對于一個給定的信號源，其內(nèi)阻r是固定的，而負(fù)載電阻R則是由我們來選擇的

16、。注意式中(R-r)22可取得最小值0，這時負(fù)載電阻R上可獲得最大輸出功率Pmax=U2/(4×r)。即，當(dāng)負(fù)載電阻跟信號源內(nèi)阻相等時，負(fù)載可獲得最大輸出功率，這就是我們常說的阻抗匹配之一。對于純電阻電路，此結(jié)論同樣適用于低頻電路及高頻電路。當(dāng)交流電路中含有容性或感性阻抗時，結(jié)論有所改變，就是需要信號源與負(fù)載阻抗的的實部相等，虛部互為相反數(shù)，這叫做共厄匹配。在低頻電路中，我們一般不考慮傳輸線的匹配問題，只考慮信號源跟負(fù)載之間的情況，因為低頻信號的波長相對于傳輸線來說很長，傳輸線可以看成是短線，反射可以不考慮（可以這么理解：因為線短，即使反射回來，跟原信號還是一樣的）。從以上分析我們可

17、以得出結(jié)論：如果我們需要輸出電流大，則選擇小的負(fù)載R；如果我們需要輸出電壓大，則選擇大的負(fù)載R；如果我們需要輸出功率最大，則選擇跟信號源內(nèi)阻匹配的電阻R。有時阻抗不匹配還有另外一層意思，例如一些儀器輸出端是在特定的負(fù)載條件下設(shè)計的，如果負(fù)載條件改變了，則可能達(dá)不到原來的性能，這時我們也會叫做阻抗失配。在高頻電路中，我們還必須考慮反射的問題。當(dāng)信號的頻率很高時，則信號的波長就很短，當(dāng)波長短得跟傳輸線長度可以比擬時，反射信號疊加在原信號上將會改變原信號的形狀。如果傳輸線的特征阻抗跟負(fù)載阻抗不匹配（相等）時，在負(fù)載端就會產(chǎn)生反射。為什么阻抗不匹配時會產(chǎn)生反射以及特征阻抗的求解方法，牽涉到二階偏微分方

18、程的求解，在這里我們不細(xì)說了，有興趣的可參看電磁場與微波方面書籍中的傳輸線理論。傳輸線的特征阻抗（也叫做特性阻抗）是由傳輸線的結(jié)構(gòu)以及材料決定的，而與傳輸線的長度，以及信號的幅度、頻率等均無關(guān)。例如，常用的閉路電視同軸電纜特性阻抗為75，而一些射頻設(shè)備上則常用特征阻抗為50的同軸電纜。另外還有一種常見的傳輸線是特性阻抗為300的扁平平行線，這在農(nóng)村使用的電視天線架上比較常見，用來做八木天線的饋線。因為電視機(jī)的射頻輸入端輸入阻抗為75，所以300的饋線將與其不能匹配。實際中是如何解決這個問題的呢？不知道大家有沒有留意到，電視機(jī)的附件中，有一個300到75的阻抗轉(zhuǎn)換器（一個塑料封裝的，一端有一個圓

19、形的插頭的那個東東，大概有兩個大拇指那么大的）。它里面其實就是一個傳輸線變壓器，將300的阻抗，變換成75的，這樣就可以匹配起來了。這里需要強(qiáng)調(diào)一點的是，特性阻抗跟我們通常理解的電阻不是一個概念，它與傳輸線的長度無關(guān)，也不能通過使用歐姆表來測量。為了不產(chǎn)生反射，負(fù)載阻抗跟傳輸線的特征阻抗應(yīng)該相等，這就是傳輸線的阻抗匹配。如果阻抗不匹配會有什么不良后果呢？如果不匹配，則會形成反射，能量傳遞不過去，降低效率；會在傳輸線上形成駐波（簡單的理解，就是有些地方信號強(qiáng)，有些地方信號弱），導(dǎo)致傳輸線的有效功率容量降低；功率發(fā)射不出去，甚至?xí)p壞發(fā)射設(shè)備。如果是電路板上的高速信號線與負(fù)載阻抗不匹配時，會產(chǎn)生震

20、蕩，輻射干擾等。當(dāng)阻抗不匹配時，有哪些辦法讓它匹配呢？第一，可以考慮使用變壓器來做阻抗轉(zhuǎn)換，就像上面所說的電視機(jī)中的那個例子那樣。第二，可以考慮使用串聯(lián)/并聯(lián)電容或電感的辦法，這在調(diào)試射頻電路時常使用。第三，可以考慮使用串聯(lián)/并聯(lián)電阻的辦法。一些驅(qū)動器的阻抗比較低，可以串聯(lián)一個合適的電阻來跟傳輸線匹配，例如高速信號線，有時會串聯(lián)一個幾十歐的電阻。而一些接收器的輸入阻抗則比較高，可以使用并聯(lián)電阻的方法，來跟傳輸線匹配，例如，485總線接收器，常在數(shù)據(jù)線終端并聯(lián)120歐的匹配電阻。為了幫助大家理解阻抗不匹配時的反射問題，我來舉兩個例子：假設(shè)你在練習(xí)拳擊打沙包。如果是一個重量合適的、硬度合適的沙包，你打上去會感覺很舒服。但是，如果哪一天我把沙包做了手腳，例如，里面換成了鐵沙，你還是用以前的力打上去，你的手可能就會受不了了這就是負(fù)載過重的情況，會產(chǎn)生很大的反彈力。相反，如果我把里面換成了很輕很輕的東西，你一出拳，則可能會撲空，手也可能會受不了這就是負(fù)載過輕的情況。另一個例子，不知道大