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二、基极分压式共射放大器
基本共射放大器的静态工作点易受温度的影响,当三极管温度升高时,三极管的集电极电流会上升,从而使输出端的电压下降,工作点发生漂移,严重影响放大器的性能,因此,基本共射放大器不具备实用价值。后来,通过对基本共射放大器进行改进后,设计出了基极分压式共射放大器,这种放大器的工作点比较稳定,因而应用广泛。
1.电路结构
基极分压式共射放大器如图1-10所示,它的基极设有两只偏置电阻 R1和R3,R1接在基极与电源之间,称为上偏电阻,R3接在基极与地之间,称为下偏电阻;发射极接有电阻R4,常称该电阻为发射极电阻。电路要求满足I2>>IBQ。
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图1-10 基极分压式共射放大器
在基极分压式共射放大器中,三极管B、E极之间的静态电压用UBEQ表示,发射极对地的静态电压用UEQ表示,C、E极之间的静态电压用UCEQ表示,其静态量的表示方法仍同基本共射放大器。
由于R4的存在,使电路的静态工作点受温度的影响大大减小。例如,当温度T上升而起ICQ上升时,电路稳定工作点的过程如下:
T↑→ICQ↑→IEQ↑→UEQ↑→UBEQ(UBQ-UEQ)↓→IBQ↓→ICQ↓
由于 R4的存在,使ui不能全部加在三极管的 B、E 两端,造成了电压放大倍数Au下降。解决的方法是,在 R4旁边并联一个大电容 C3,常称 C3为旁路电容。从直流角度上看,C3相当于断路,它的存在不会影响静态工作点;从交流角度上看,它相当于短路,三极管发射极仍然接地(仍属于共射放大器),使ui完全加在三极管的B、E两端。
2.电路分析
(1)静态工作点的计算
基极分压式共射放大器如图1-11(a)所示,对直流而言,电容相当于断路,故直流通路如图1-11(b)所示。这种电路的静态工作点包含UBQ、IBQ、ICQ、UCEQ四个量,计算步骤为:(1)求出UBQ;(2)求出IEQ,通过IEQ求出ICQ及UCEQ;(3)利用ICQ求出IBQ。
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1-11 基极分压式共射放大器分析
在静态时,I1=I2+IBQ,如果I2>>IBQ(必需满足此条件),则可认为I1≈I2,此时,R1和R3属于串联形式,它们对EC进行分压,在 R3上分得的电压提供给三极管的基极,作为基极的偏置电压。由此可得基极静态电压UBQ为:
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有了UBQ,可以方便地求出IEQ和ICQ,进而求出UCEQ:
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有了ICQ,可以求出IBQ:
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上述公式中,R1、R2、R3和R4分别代表电阻器 R1、R2、R3、R4的阻值。对于上述公式,读者不必死记硬背,关键是要理解,只要理解了,上述公式自然手到擒来。
(2)电压放大倍数的计算
因 R4对交流信号不产生任何影响,故交流通路如图1-11(c)所示,电压放大倍数的计算公式与基本共射放大器一样,即:
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若考虑相位关系,则上式可表示为:
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这个公式,读者必须熟记。
(3)输入电阻ri和输出电阻ro
由交流等效电路可知:
ri=R1∥R3∥rbe ;ro≈R2(因为三极管C、E极之间的动态电阻很大)。
值得注意的是,在基极分压式放大器中,对于直流而言,R1与 R3属于串联方式;对于交流而言,R1与R3属于并联方式。
举例:在图1-12(a)所示的基极分压式共射放大器中,若三极管的β值为50,求:①电路的静态工作点;②电压放大倍数;③输入电阻和输出电阻。
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图1-12 基极分压式共射放大器分析举例
解:① 计算电路的静态工作点UBQ、IBQ、ICQ、UCEQ 。
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② 计算电压放大倍数Au。
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③ 计算输入电阻ri和输出电阻ro
先画出交流通路如图1-12(b)所示,根据交流通路可知:
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3.放大器的幅频特性
(1)通频带
放大器的放大倍数与信号频率之间的关系称为放大器的幅频特性。放大器的幅频特性曲线如图1-13所示,由图可知,放大器的放大倍数呈中间高、两头低的特性。当信号频率下降到一定程度或上升到一定程度时,放大器的放大倍数就会降低。通常将放大器的放大倍数下降到最大放大倍数的0.707(2/2)倍时所对应的频率范围称为通频带,用BW表示。
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图1-13 放大器的幅频特性曲线
对于低频端来说,当信号频率下降到fL时,放大器的放大倍数就下降到最大值的0.707倍;对于高频端来说,当信号频率上升到fH 时,放大器的放大倍数也下降到最大值的0.707倍。通常称fL为下限频率,称fH为上限频率,fH与fL之间的宽度就是通频带,即BW=fH-fL。显然,要想使放大器具有放大作用,就必须使输入信号的频率位于通频带内。
(2)形成通频带的原因
放大器的放大倍数为什么呈中间高、两头低的特性呢?
这是因为随着频率的下降,耦合电容和旁路电容的容抗会增大,当频率下降到一定程度时,耦合电容和旁路电容的容抗也增大到不能忽略的地步,从而对信号的阻碍作用明显增大,使电路的放大倍数下降。当频率上升到一定程度时,三极管发射结和集电结的结电容对信号的影响也明显增大,这些电容会让部分信号通过,而得不到三极管放大,从而使电路放大倍数下降。
由此可知,低频端放大倍数下降的主要原因是因为耦合电容和旁路电容的影响造成的;高频端放大倍数下降主要是因为三极管结电容的影响造成的。
有关结电容的解释请参考图1-14。
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图1-14 结电容
4.电路仿真
按任务书1的要求对图1-12(a)所示的电路进行仿真(三极管采用C1815,电容均为10μF/16V),并完成任务书1。