我們有說到射隨器的特點是輸入阻抗大、輸出阻抗小並且電壓放大倍數接近1,它的主要用途是為負載提供較大的驅動電流,比如推動揚聲器等。電壓放大倍數約等於1,也就意味著這個電路對電壓沒有增益,那麼也就是說在這個電路的前面要有一系列的共射極放大器來對微小的訊號電壓進行放大,然後通過射隨器來提高這個訊號的負載能力,也就是提供較大的輸出電流。可以認為射隨器就是乙個電流放大器。
那麼同時也就意味著射隨器經常用在產品的最後一級,給它輸入的訊號的特點是:訊號幅值高,負載能力差即只能輸出很小的電流,訊號的輸出阻抗高。也就是說對於射隨器來說,它不象是前面講過的共射極放大電路那樣,輸入的訊號只有幾十mv或幾百mv,而是在幾伏甚至十幾伏,幾十伏(對於功放來說)的範圍。
而它的負載也往往很小,甚至小到幾歐姆也很常見,而這時候,射隨器經常會因為輸入訊號和負載的原因引起輸出波形的失真(表現為削頂或削底)。因此我們需要了解導致其波形失真的原因,以在實際應用中避免這種情況。
書中3.3.2
小節,分析了當給射隨器接上較重負載(阻抗低的負載)時可能
發生的情況。現在我們先觀察一下,當接入680ω負載電阻時這個射隨器的輸出波形。也就是書中53頁的**3.7:
在這張圖中,不用和輸入波形對比,我們就可以明顯的看到,波形的負側變平了,我們稱這種現象為「削底」。大家注意觀察變平的部分,猜想一下是什麼原因造成了這種情況?大家回想一下上貼中的結論和書中第3.1小節「觀察射隨器的波形」一部分,射隨器的輸出是從發射極取出的,波形和輸入波形同相,並且比基極低乙個pn結的電位(0.6v)。如下圖:
也就是說在工作中,發射極電位是隨著基極電位也就是輸入訊號的變化而同步變化的。看著**3.7,這是發射極的波形,想象一下基極的波形會是乙個什麼樣子?是由於基極的波形削底了所以造成發射極波形也削底了嗎?我可以明確的告訴大家,基極的波形沒有問題。
那麼是會麼原因造成發射極波形的失真呢?
大家回憶一下三極體的特性,還記得有個0.6v麼?書中當時是怎麼說的?
肯定有人只記得這個0.6v而忽略了前面的條件,對於一名設計者而言,清楚每乙個資料出現的前提條件和適用範圍是很重要的事情。是的「在進行放大工作時」,這句話非常重要。我們可以把這句話做一下反推,「如果vbe達不到0.6v,三極體將不能進行放大工作」,或者說「如果vbe達不到0.6v,三極體將退出放大區(線性區)」。
那麼我們再深入一步的想一下,如果三極體退出放大區,不能進行放大工作,這時候三極體工作在什麼狀態呢?好吧,仔細的盯住**3.7,想一想三極體基極電位的變化:基極電位降低,發射極電位隨著降低,基極再降低,發射極又隨著降低,直到基極電位降到某乙個電位的時候,三極體的vbe不能保持在0.6v了,會發生什麼事情?三極體在這時候進入了乙個什麼狀態?
很明顯,當基極電位降到不能維持vbe等於0.6v時,三極體的發射結(相當於乙個二極體)不能導通,基極電流ib也就沒有了,三極體進入截止區,也就是說在這個時候三極體截止了,那麼自然集電極電流ic也沒有了。這時候基極電位也就是加到基極的輸入訊號即使再往下降,三極體已經截止,發射極波形也就沒辦法跟隨了,削底自然也就出現了。
這時會有人問,為什麼在這個時候發射極電位不能隨著下降以保持0.6v的vbe呢?發射極電位明明還有下降的空間啊!
為了解釋這個問題,我們根據具體的資料分析一下,看**3.8:
在這個電路中,當沒有訊號輸入時,我們通過680ω的發射極電阻將發射極
電流設定在9.7ma,同時發射極電位設定於6.6v。(設定的過程見書中3.2小節「電路設計」)由發射極電位ve=6.6v可知,基極電位vb=6.6v+0.6v=7.2v。當有訊號輸入時,訊號是與基極電位疊加的,也就是說有訊號輸入時,基極電位將隨著訊號幅度的大小以7.2v為中心上下波動。如**3.8所示,當輸入8vp-p正弦波時,基極電位最高可達7.2v+4v=11.2v,最低可達7.2v-4v=3.2v,同時發射極電位理論上可以在11.2v-0.6v=10.6v至3.2v-0.6v=2.6v之間以
7.2v-0.6v=6.6v為中心變化。
這裡大家想一想,基極電位是7.2v時,發射極電流是9.7ma,當基極電位隨著輸入波形向負側變化而減小時,發射極電流也只會隨著減小,也就是說對於輸入訊號的負側波形變化來說,發射極電流最大只能達到9.7ma。這時發射極電流實際上是乙個最大9.7ma的受輸入訊號控制的電流源(受控電流源)。
那麼,我們可以畫出輸出波形變負時的輸出部分的等效圖。也就是書中的圖
3.6。現在我們來看一下:
左側圖中的9.5ma是作者寫錯了,應該是9.7ma。當接入680ω負載時,輸出迴路的等效電阻是re//rl,也就是340ω,在這個最大9.7ma的條件限定下,re//rl這個電阻上的壓降最高能達到3.3v,此時的輸出訊號幅度是-3.3v,這個3.3v的壓降對應著**3.8中從6.6v那條白色直線也就是訊號開始向負側變化的波形中點到平頂部分的範圍。詛咒該死的日本作者吧,這裡6.6v和3.3v完全是個巧合,但偏偏會使很多人搞不清楚3.3v對應著什麼。
當波形達到平頂的位置並試圖再向下出發達到3.4v壓降時,也就是等效電阻re//rl上的壓降試圖達到3.4v,3.4v/340ω=10ma,非常不幸,已經超出了電流源最大9.7ma的能力,只能在3.3v維持下來了。所以波形的底部變平了。
也許經過上面的講解,大家還會有很多的疑問,為了讓大家更清楚的理解這部分的工作原理,我們再從本質上進行一下分析。
其中的關鍵是那個耦合電容。讓我們從基極電位從7.2v開始向負側變化,也就是發射極電位從那條6.6v的白線開始說起。在這一瞬間發射極電流是9.7ma,發射極電位是6.6v,那麼耦合電容左側當然也是6.6v,右側自然是0v。這說明這個電容裡面是充有電荷的。我們知道有乙個關於電容的公式:v=q/c,從這個公式中可以看出,當電容足夠大時,q(電容中儲存的電荷)有少量的變化,電容兩端的電壓基本不變。這也是「電容兩端電壓不能突變」的由來。對於這個電路來說,這個耦合電容就是乙個足夠大的電容,當發射極電位隨著輸入訊號逐漸
下降時,電容左側的電壓也下降,即然下降了,電容內部的電荷也隨著釋放出來一點點,這些電荷的流動方向如下圖:
也就是電容的放電電流,而由於電容足夠大,這點電荷並不會使電容兩端的電壓降低,那麼在負載rl上的電位自然會要比0小了一點點,變負了(注意負載電阻rl上的電流方向)。而這個電流流過負載rl,就形成了負載電流iout。好了發射極電位繼續下降,電容持續著它的放電過程,負載上的電位也同樣一點點變的更負,iout也變得越來越大。
大家注意,這時re上流過的電流實際上是由兩部分組成的,一部分是三極體的發射極電流ie,另外一部分是電容的放電電流。這兩個電流同時做用在re上,我們稱它為ire,它們之間有ire=ie+io的關係。
別忘了,這時輸入訊號在逐漸降低,也就意味著基極電壓在降低,那更意味著發射極電流ie也在減少。而電容的放電電流卻在一點點的增加,這直接導致了在某一時刻基極電位降到某乙個電位,而電容漸漸增大的放電電流在re上所形成的壓降使vbe不能保持0.6v,而降到0.6v以下,這時候三極體自然是進入截止區,發射極電流徹底消失了。這時的電路中只剩下電容還在以c*(re+rl)的時間常數放電,既然ie沒有了,引起電容左側電壓變化的因素也就消失了,電容兩端的電壓也不會發生變化了,削底也就發生了,此時的發射極電壓則完全是由電容放電電流流過re得到的。
這時候我們就可以分析一下,這時這個放電迴路中的電壓狀況。很明顯,因為電容足夠大,電容兩端的電壓uc還是6.6v,因為rl等於re,那麼我們可以很容易的得到re上的壓降是3.3v,注意這個3.3v可不是**3.8中的那個3.3v,而是實實在在的發射極對地電壓(再次詛咒該死的日本作者)。
我們可以寫出以下過程:
ue=uc*re/(re+rl)
ub=7.2v+uin
ub=ue+0.7
以上ub為基極電壓,uin為輸入訊號幅值(取值可為負)
聯立求解得:
uin=-3.3v
也就是說對於這個電路來說當輸入訊號幅值為-3.3v時,該電路會發生削底。
好了,總結一下,分析這個電路的關鍵就是要搞清楚re上所流過的電流的組成。當然這是很細的分析,當你熟悉之後,你可以直接使用靜態時的ie乘以等效負載re//rl,再加上負號,即可得出削底時的輸入訊號幅度。
最後有的朋友可能會問,你怎麼知道這個耦合電容足夠大,不會出現電荷釋放完了導致其兩端電壓下降呢?我當然能保證,還記得在書中有乙個計算耦合電容大小的部分嗎?耦合電容的大小會影響最低能通過的頻率。比如對這個電路來說在3.2.6小結有輸出耦合電容的計算,得出的結果是fc2=16hz,也就是說當輸入訊號在16hz以上時,這個電容是足夠大的,小於16hz則這個電容就不夠大了。
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看 電晶體電路設計 在p53頁不咋麼懂。網上查了下才有點明白。如下1 http www.ourdev.cn bbs bbs content.jsp?bbs sn 4223533 bbs page no 10 bbs id 2060 我感覺上,作者的想法是,電路的靜態電流為9.7ma,動態電流是在9....
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