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2022-04-26 21:55:00
一個(gè)電路教會(huì)你設(shè)計(jì)NPN三極管放大電路
2022-04-26 21:55:00 來(lái)源: 電子產(chǎn)品世界
現(xiàn)在踏足到消費(fèi)類電子，為了保持超高的性價(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，現(xiàn)在就分析下三極管設(shè)計(jì)的前前后后。
我們常見的交流信號(hào)放大電路如圖所示：
首先要計(jì)算出靜態(tài)工作點(diǎn)：
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
由于C2為“隔直通交”的作用，在基極引入的直流電壓被過濾掉，通過整理可以得到電路的放大倍數(shù)為
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)中如果沒有注意到這個(gè)參數(shù)，使Ic過大，也會(huì)引起燒毀三極管的結(jié)果。
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，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
從數(shù)學(xué)角度看，Vc變化可以從0—Vcc，當(dāng)R3的阻值過大時(shí)，去極限0，那么在Vc的電壓表現(xiàn)中表現(xiàn)為電壓曲線為一條直線0，這就是削底失真。相反，如果R3過小，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)
進(jìn)行計(jì)算。對(duì)于Rin來(lái)說，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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