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晶体管电路设计精讲 第二十四贴 具有良好高频特性的电路

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goodays 发表于 2013-10-25 11:26:03 | 只看该作者 |只看大图 |阅读模式 打印 上一主题 下一主题
本帖最后由 goodays 于 2013-10-25 11:27 编辑

上贴链接:晶体管电路设计精讲 第二十三贴 初识共基极电路
晶体管电路设计精讲第二十四贴 具有良好高频特性的电路
学习内容:
1、共基极电路的特点
2、共基极电路应用需注意的问题
3、米勒效应分析
大家好,总算又有完整时间写贴子了。废话不多说了,下面是正文。
**************************************************************************
    先上一张今天要用到的电路图。
    在上一贴中,为了更清楚的分析共基极电路,我们把这个图中的RE去掉了,今天的分析中,我们加入这个Re进行分析。前面已经讲过,共基极电路的电压增益与共射极电路的分析方法是一样的,Av=Rc/Re。很明显,上面这个电路中的Av就是Rc/Re=5.1K/1K=5倍。所以共基极电路的特点之一就是:
    共基极电路的电压增益与参数相同的共射极电路一致。
    下面我们来看输入阻抗,我们画一下输入信号的通路,如下图。
    从这个图中我们可以看到,输入信号在电容C1的右侧一分为二,一路通过R3入地,另一路通过Re,三极管的BE结,电容C5入地。这两路是并联的关系,而且电容C5的容量足够大可以等效为交流短路,同样由于晶体管的BE结是正偏,所以对交流信号也相当于短路(阻抗很小,在上贴中我们讲过这个问题)。所以,当我们忽略晶体管的BE结动态电阻时,相当于ReR3的并联,也就是500欧姆,也就是这个电路的输入阻抗了。

    而且,我们可以假设,当Re短路时,此时电路的电压增益最大,同时电路的输入阻抗相当于是BE结的动态电阻RdR3的并联,我们知道对于一个已经导通的PN结来说,它对交流信号来说阻抗极小(Rd),只有几十欧甚至更小。与R3并联后,可以想见共基极电路的输入阻抗之低。所以第二个特点也出来了:

   
     
具有很低的输入阻抗。

    正因为其具有很低的输入阻抗所以共基极电路在对一些低阻抗信号的放大上有着得天独厚的优势。比如75欧姆的视频信号,50欧姆的射频信号,用8欧的喇叭做拾音器的应用等。

    再来看看输出阻抗,这个就很简单了,从输出端C2向左侧看进去的阻抗就是一个Rc,所以输出阻抗是5.1K,如果是很小信号的放大时,由于静态工作点更低所以Rc还会更大,达到十几K或者几十K,因此共基极电路的输出阻抗是很大的。那么共基极电路的第三个特点就是:

    输出阻抗高

    输出的高阻抗特性对于高频信号的传输是不利的。书中对这个问题一带而过,我们为了更清楚的理解这个问题,做一下分析,看下图。


   5.1K的电阻就是本电路的输出电阻,当这个输出信号直接通过导线传输时,我们要注意导线与地之间所存在的电容对信号的影响。虽然这个电容很小一般只有几百或几十pF(与导线的质量、结构和长度有关),但这个电容与5.1K电阻共同形成了一个低通滤波器。我们假设这个电容是100pF,那么这个低通滤波器的截止频率是f=1/2*PI*R*C=312KHZ)。

    也就是说,当我们直接从共基极电路的输出直接取出信号时,且不论阻抗匹配的问题,仅只是导线杂散电容的影响就使输出信号在300K以上的频率时产生衰减。从而降低了高频信号的传输效率。

    大家可以试着计算一下,如果电路的输出阻抗降低到几十欧姆时,这个低通滤波器的截止频率是多少。

    至于解决办法很简单,我们在以前曾经讲过共集电极电路的特点(也就是射极跟随器)是输入阻抗高(K欧级别),输出阻抗低(数十欧)。所以射随器与共基极电路的配合可以说是天做之和了。因此,在经过共基极电路放大后的信号需要使用长导线传输时,要习惯性的在后面加上一级射随器电路以减少长导线在信号传输过程中的衰减。下面这个图就是最典型的应用范例了。





    关于共基极电路的特点我们就讲这些,至于共基极电路是如何规避米勒效应的,在这里片求一下大家的意见,有没有必要细讲呢?
    米勒效应算是一个难点,但不是重点,因为对于一般的电路设计者而言,我们只需要知道米勒效应的存在并知道它对电路的影响与如何来解决这个问题就可以了,这些都是有着大量的范例来供我们参考的。
    如果要从头来分析米勒效应产生的原因,需要非常熟悉与电容相关的一些公式及一些积分方程。而且要与共发射极电路结合起来进行比较,书中讲的较为模糊不大容易理解,大家可以结合书中第二章的2.6.3小节“频率特性不扩展的原因”来学习。
    大家如果希望我们在贴子中详细分析的话,我们下一贴就专门讲米勒效应,希望大家把看书时的疑问提出来。
    家庭作业:
    1、在multisim中仿真并分析这个电路,尤其注意发射极电阻Re的作用。
    2、在multisim中设计并验证共基极电路输出阻抗对信号传输的影响及加入射极跟随器缓冲后的比较。本题提示:使用“仿真”菜单中的“分析”工具中的“交流分析”进行“交流小信号分析”查看输出信号的频率特性与相位特性。
Goodays
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著名的PCB哥 发表于 2013-10-25 15:18:03 | 只看该作者
goodays哥,辛苦了!!!~~
2#
lj150083 发表于 2013-10-25 13:10:06 | 只看该作者
           共基极电路常被用于那些应用里面呢 ?,,
4#
裤衩喜欢diy 发表于 2013-10-25 16:00:14 | 只看该作者


霸气,,就喜欢这,,
5#
403596616 发表于 2013-10-25 16:42:05 | 只看该作者
讲得很好goodays,能不能开个专题讲常见设备原理图分析
6#
fiygo 发表于 2013-10-26 10:36:28 | 只看该作者
先頂再說
7#
 楼主| goodays 发表于 2013-10-26 19:00:06 | 只看该作者
403596616 发表于 2013-10-25 16:42
讲得很好goodays,能不能开个专题讲常见设备原理图分析。

这也可以啊,数电的电路一天一分析就很好。
8#
7758 发表于 2013-10-26 19:38:56 | 只看该作者
lj150083 发表于 2013-10-25 13:10
共基极电路常被用于那些应用里面呢 ?,,

输入电阻低,输出电阻与共射相同,放大倍数大,输入与输出同向。
9#
aatcs 发表于 2013-10-27 20:04:00 | 只看该作者
今天才发现这教学贴,学习了
10#
tianc5 发表于 2013-11-6 21:23:32 | 只看该作者
老师辛苦了,
我是这样理解的,米勒效应,共射中,应为输入输出信号反相,故加在Cbc两端的电压为(-Av-1)倍,可以把Cbc看成(1+Av)Cbc,(晶体管结电容一般为多大,没找到)共基极中,因为是同相的,所以为(AV-1)Cce。
但是这两章翻来翻去看的有点迷糊,前面共射极的课本里讲到,输入电容Ci与输入电阻形成低通滤波器,所以晶体管自身的特性和共射电路结构使其限制了高频率信号的放大作用,但这个共基极课本里也说是RE和输入电容Ci形成低通滤波器,然后在外围电路中不会再形成低通滤波器来限制频率了,那么这个RE和Ci 组成的低通滤波器本身不限制频率吗?
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