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晶体管电路设计 第十六贴 解决截止失真的方案

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goodays 发表于 2013-7-9 18:10:04 | 显示全部楼层 |阅读模式 打印 上一主题 下一主题
本帖最后由 goodays 于 2013-7-19 14:02 编辑

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晶体管电路设计 精讲 第十五贴 射随器输出波形失真的原因
学习内容:
恒流负载方案的提出和工作原理


讲在前面的话:

      “晶体管电路设计”一贴到现在已经第十六贴了,在我的计划中以后还会继续写下去。本来的想法是想引起大家对一些问题的讨论,但从前面十几贴的回复情况看,并不乐观。几百的浏览量回复仅仅只有几个,这种情况使我不能把握到大家对贴子内容的理解状态,因此也不能在下面的更新中找到一个更适合大家理解学习的方向。

      我本身就是一名教师,在备课中我们要求的是“备教材,备教案,备学生,备教法”,其中备教材和备教案可以根据大纲和教材做准备,可以说是有一定之规,但备学生和备教法则是要求在对学生的学习状态,知识水平,理解能力等有了一定了解的情况下进行针对性的备课。说到这大家应该就明白了,在缺乏交流的情况下,我所讲的内容很容易出现“我讲我的,你学你的”的状况,并不能起到一个启发引导的作用,这也是我所不愿看到的,如果真的到了这一步,那么这一个系列的贴也就算是寿终正寝了。

      所以,为了与大家更好的交流,了解大家的状态,希望朋友们多多回复说一些看贴中发现的问题,认真做一做后面留下的作业,这些作业都是对学习内容加以验证和拓展而精心设计的,而不是“顶,支持”一类的回复。从本贴开始,我们在内容进行到三分之二以后,对最后的三分之一内容进行隐藏,设定为“回复后可见”。这样做虽然并不能完全使我掌握朋友们看贴的状态和水平,但终归能大概了解到有多少朋友能坚持把贴看完,也能让我对后面贴子的写作掌握一个方向。
再次谢谢朋友们的支持!!!!
********************************

      在第十五贴中我们分析了引起射随器削底失真的原因,这也是本章的一个难点,在分析中我们知道了耦合电容在这里面起了很大的作用,从本质上来说是耦合电容的放电电流在射极电阻Re上的压降而限制了三极管发射极电位的下降,导致当基极电位随输入信号下降到一定程度时,三极管进入截止状态而引起了削底失真。

      而削底失真与负载的大小,输入信号的大小都相关,那么我们再回过头来看一下这个射随器的电路,研究该如何做才能减小或避免削底失真。


001.png

      在这个图的基础上我们做几个简单的分析,来确定一下输入信号,输出信号,负载,Re之间关系的变化趋势。

      在上一贴的基础上,我们知道,当输入信号vin降低时(负半轴),基极电位Vb也随着降低,使基极电流减少,从而使集电极电流Ic减少,同样发射极电流Ie也减少,需要注意的是这个Ie是指基极电流的变化而引起的,而不是电阻Re上流过的电流。同时,由于发射极电位有降低的趋势,使耦合电容C2放电,放电电流同样通过发射极电阻Re,负载RL,这时耦合电容放电的电流方向是:

      C2正极---Re---地---RL---C2负极。

      从而在RL上形成上负下正的输出信号,此时Re与RL相对于放电回路来说是串联的。也就是说RL越小,则RL上的信号电压就越小,而Re上由于C2放电电流所形成的压降就越大,而这时基极电位还在随信号下降,下降的越多,则Re上流过的C2放电电流就越大,当基极电位降到不能维持Vb-Ve(Re上端电位)时,三极管就进入了截止区。这说明,当负载RL相对变小时,会导致Re上的分压变大从而使三极管在基极电位下降了很少的时候就会进入截止区,导致削底的发生。

      那么如果把Re设置的很小不就能延长三极管进入截止区的时间了么?确实这个办法可行,但不要忘了,Re变的很小时,会导致Ie变的很大,使三极管的功耗增大,同时由于Ie的增大,使Re上的压降也不会达到很小的程度。同时Re太小的话,会把基极电位也拉的很低,从而导致输入信号的幅度范围在负侧变的很小。

      最理想的情况是有这么一个元件,当负载变小时,Re也随着变小但Re上流过的电流不变,这样就能使三极管的发射极电位也随着Re的变小而降下来,从而给基极电位更大的变化范围,而延长了三极管进入截止区的时间,同时因为电流不变而使浪费也很少。归纳起来就是一个目标:在发射极电流不变的情况下,让发射极电位尽可能的达到更低的位置。
如果想要发射极电位尽可能的低,则需要Re尽可能的小,同时还要保证电流基本不变。

      说到这里,对恒流源有印象的朋友们应该想到了:“用恒流源啊,恒流源的特性不就是负载变化电流不变吗!”所以就有了下面这个电路。


002.png


      这个图在书中的第61页,书中对这个电路做了些分析,但是书中的分析很是模糊,有的朋友看完后反而会觉得更乱套了。所以,我们在这里用另外一种方法分析下。

      图中被红圈圈起来的部分是新加入的恒流源,这一部分电路用来代替一个正常的射随器的发射极电阻Re。我们先来看一下这个恒流源是如何恒流的,也就是说为什么说它具有恒流特性。

      我们知道,三极管工作在放大区时,集电极电流是受基极电流控制的,当基极电流一定时,则集电极电流一定。从图中可以看到,三极管Tr2的基极被13K的上偏置电阻和2K的下偏置电阻偏置在2V(因为忽略了基极电流,因此实际上要小一些,不到2V)。而且并没有外来的信号加到三极管Tr2的基极,故此Tr2基极电流是一定的,所以Ic也是一定的。同样,Tr2的发射极电流为(2v-0.6v)/130Ω=10mA左右。所以我们可以说Tr2的发射极电流Ie2具有恒流特性。

      下面继续,因为Ie2约等于Ic2(Tr2的集电极电流),且Ic2就是三极管Tr1的发射极电流,也同样为10mA左右。这时我们并不能确定Tr1的发射极电位是多少,因为起决定作用的是Tr1的偏置电阻。要想确定发射极电位则只要用Tr1的基极电位减去0.6v就可以了。但是大家要注意的是,这时我们并不能简单的用Tr1偏置电阻分压的方法来计算Tr1的基极电位。看下图就知道了:
003.png



      Tr1偏置电阻中的电流组成如图所示。红色是电源通过偏置电阻的电流,蓝色是电源通过上偏22K电阻供给基极的电流Ib。由此可知,当基极电流极小,小于红色部分电流的十分之一时,可以忽略,可以通过分压公式得出基极电压。从本图中可知,Tr1的发射极电流为10mA,电源电压为15V,22K+27K=49K。则15v/49K=0.3mA。由此可知,只有基极电流为0.03mA以下时,用图中的22K和27K的电阻才能将基极电位偏置在图中所示的8.5V,也就是Tr1的ß值至少要为10mA/0.03mA=330倍以上,ß越大,则基极电位越准确。

游客,如果您要查看本帖隐藏内容请回复

家庭作业:
1、在multisim中仿真这个电路,使用不同的负载看一看输出信号到削底时与你计算的是不是一样。
2、思考ß值的大小对Tr1的影响。
3、在这个图的基础上,设计一个使用5V电源的跟随器,要求在600Ω的负载上能取得最高1.6Vp的输出信号,在32Ω负载上能取得最小0.7Vp的输出信号。

祝愉快
Goodays

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精彩评论323

ozhaojie 发表于 2013-7-9 18:57:16 | 显示全部楼层
这快回来了
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伤透心 发表于 2013-7-9 19:51:50 | 显示全部楼层
请问27K的电阻是不是起分流的作用?(与在接地之上)
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 楼主| goodays 发表于 2013-7-9 20:39:46 | 显示全部楼层
伤透心 发表于 2013-7-9 19:51
请问27K的电阻是不是起分流的作用?(与在接地之上)

27K是Tr1的下偏置电阻,与22K电阻组成分压电路,提供合适的基极电压
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伤透心 发表于 2013-7-9 21:15:57 | 显示全部楼层
goodays 发表于 2013-7-9 20:39
27K是Tr1的下偏置电阻,与22K电阻组成分压电路,提供合适的基极电压

谢谢普及,小白
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游内海 发表于 2013-7-10 09:04:06 | 显示全部楼层
正在努力学习中,能不能再给说说输入信号处的极性电容的接法啊?正极接输入信号端还是三极管基极端,有什么依据的?看很多书都不讲这个电容的接法,只知道最好用无极性的电容。
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 楼主| goodays 发表于 2013-7-10 09:39:22 | 显示全部楼层
游内海 发表于 2013-7-10 09:04
正在努力学习中,能不能再给说说输入信号处的极性电容的接法啊?正极接输入信号端还是三极管基极端,有什么 ...

对这个问题其实在前几个贴子里已经有过分析,书上也有解释:“耦合电容的正极应当接入电路中的高电位端”,这个高电位一般是指静态时电路中对地的高电位端。

电容悬空的一端可认为是0电位,即地端。
这时对于采用正电源的电路来说,地端电位最低,所以三极管基极电位总比地端要高。耦合电容正端接基极
对于采用负电源的电路来说,地端电位最高,所以三极管基极电位总比地端要低,耦合电容负端接基极。
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游内海 发表于 2013-7-10 13:01:34 | 显示全部楼层
goodays 发表于 2013-7-10 09:39
对这个问题其实在前几个贴子里已经有过分析,书上也有解释:“耦合电容的正极应当接入电路中的高电位端” ...

功放.png
谢谢你啊,但我还是有点迷糊,如果是上面这种电路呢?该接那个极?
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 楼主| goodays 发表于 2013-7-10 16:49:56 | 显示全部楼层
游内海 发表于 2013-7-10 13:01
谢谢你啊,但我还是有点迷糊,如果是上面这种电路呢?该接那个极?

这个电路是采用正负电源的放大器,可又没有使用耦合电容,因为对于输入的目标:三极管的基极在理论上来说电位与地是相同的。正因为如此,当输入信号不含直流成分时,可省略耦合电容(而事实上绝大多数信号源都是通过耦合电容输出所以不含直流成分)。
严格来说,三极管的基极电位因为基极电流的存在会稍高于地电位(0伏),但很小,几毫伏最高不过十几毫伏,可忽略。所以如果你非要加耦合电容的话,可以让电容的正端在右侧。具体应用中不会有人这么干的,加了电容会对放大器的频率响应有不小的影响,并且会引入电容的热噪声,不适合高保真放大器使用。
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游内海 发表于 2013-7-10 21:53:01 | 显示全部楼层
goodays 发表于 2013-7-10 16:49
这个电路是采用正负电源的放大器,可又没有使用耦合电容,因为对于输入的目标:三极管的基极在理论上来说 ...

那我可以这样理解吗,使用差分对管放大器的放大电路不接输入耦合电容比接了好,因为差分放大电路的基极电位基本都约为零。若不对还望指正,谢谢了。
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