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一个电路教会你设计NPN三极管放大电路

http://www.ec.hc360.com2015年06月01日14:58 来源:电子产品世界T|T

    现在踏足到消费类电子,为了保持超高的性价比,在日常设计中经常用分离元器件。比如声音功放,需要一个电压和电流放大,两个三极管几个电阻电容完成。但是后端还需要DSP的处理了。别的不说,现在就分析下三极管设计的前前后后。

    我们常见的交流信号放大电路如图所示:

常见交流信号放大电路

常见交流信号放大电路

    首先要计算出静态工作点:

    对于交流信号,我们进行如下分析:假如输入电压引变化,则射极电流变化,由于,那么集电极上变化的电压为

    由于C2为“隔直通交”的作用,在基极引入的直流电压被过滤掉,通过整理可以得到电路的放大倍数为

    从上式中可以看出,R4与电路的放大倍数成反比,也就是我们常说的负反馈,因此该电路就是经典的共射负反馈电路,R4为发射极反馈电阻。由于负反馈的引入,该电路在R4电阻的作用下可以有效的抑制晶体管三极管hef的分散性和由温度引起的Vbe变化而产生的发射极电流的变化,即常说的负反馈增加了系统的稳定性。

    在实际的电路设计中,利用以上的计算公式和选取三极管的数据手册,可以实现简单的,满足功能需求的三极管放大电流。如下图为2SC2412的数据手册,在该手册中可以看出三极管的耐压最大值和电流最大值,这在电路设计中很重要。比如Vbeo为7v,如果在设计中没有注意到这个限制,采用了高于7v的输入电压,那么就会烧毁三极管。还有另外一个需要注意的就是Ic的大小,2SC2412的Ic最大为150mA,在设计中如果没有注意到这个参数,使Ic过大,也会引起烧毁三极管的结果。

图2

图1

图1

图2

    上图描述的是2SC2412的频率特性:频率特性与发射极之间的电流关系。其中纵坐标ft为晶体管的特征频率,是交流电流放大系数为1时的频率。从图中可以看出早80-450Mhz之间,发射极电流Ie有很大的变化。为获得好的频率曲线,在20mA—40mA该款晶体三极管的频率特性最好。因此,找一款适合设计的晶体管,特征频率表也是硬件工程师的一项工作。

    在实际电路的设计中,通常会遇到削顶或削底的现象:Vc的数学表达式为

    从数学角度看,Vc变化可以从0—Vcc,当R3的阻值过大时,去极限0,那么在Vc的电压表现中表现为电压曲线为一条直线0,这就是削底失真。相反,如果R3过小,会发生削顶失真。为了简化设计中碰到的这些问题,在设计电路中通常将Vc的电位设置在0—Vcc之间,这样,在一定程度上减小了失真现象的产生。

    另外一个需要注意的事项是基极偏置电阻的确定。在确定基极偏置电阻时候,需要明确两个事情:a、晶体三极管的基极电流是集电极电流的1/hef,b、基极偏置电阻组成的回路中流过的电流要比晶体三极管基极电流大10倍以上,才能忽略基极电流,通常为了方便,取一个合适、便于计算的数值。

    关于耦合电容的选取也要有严谨的态度。从事实角度看,需要从三极管的等效模型来进行分析:C1与输入电阻组成一个高通的滤波电路,输出电阻和C2也构成同样性质的电流。因此,在确定C1的大小时,需要根据

    进行计算。对于Rin来说,是R1、R2和R4等效后电阻的并联值。对于确认C2时,需要考虑负载的特性,因为不同的负载特性会影响滤波器的截止频率。

    至此,三极管设计的基本关键点已经完成,在实际设计中,在这些基础之上,能完成性能更加完善的电路。

责任编辑:易承双

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