晶体管电路设计精讲第十三贴控制频率特性的电路实例

晶体管电路设计精讲第十三贴放大电路的频率特性学习内容：简单的高低通和谐振放大电路原理针对要求，灵活变化（二）今天同样是几个例子，电路的基础还是基于带发射极电阻的共射极放大器，下面我们来看一下第一个图：我们观察一下这张图，象以前一样，我们先来找到这个电路与基本电路的区别。大家应该能很轻松的发现，只有一个区别：在集电极电阻Rc上并联了一个0.015uF的电容。那么这个仅价值不到1毛钱的电容会对电路产生什么样的影响呢？首先，我们来看一看它的位置，是与Rc并联，在以前的学习中我们了解到，Rc对于整个放大电路而言主要会影响两个方面。第一、Rc/Re决定了放大器的增益也就是放大倍数。第二，Rc在交流上等效于放大器的输出阻抗。下面分析一下，当电容并联上以后会发生什么呢？在分析时我们明确一点，电路在工作时，是交流信号和直流偏置（也可以看做直流信号）共同存在的，那么我们就要分别在交流和直流的两种情况下进行分析。在直流通路中，根据电容“隔直通交”的特点，电容C相当于无穷大的一个电阻，那么一个无穷大的电阻并联在Rc上也就相当于Rc还是原先的Rc，就同没有这个电容一样。这个应该很容易理解。而正由于电容“隔直通交”的这个特点，电容往往会对交流通路产生很特别的作用。在这时我们就不能仅仅停留在电容可以“隔直通交”上，而需要更深入一步的了解电容了。对于电容“通交”的工作原理我们这里不多做介绍，感兴趣的朋友可以找相关资料看一下。我们需要记住的是一个结论：电容在交流通路中的作用表现为一个电阻（阻抗），这个电阻是可变的，当通过电容的信号频率高时电容表现出来的电阻小，当通过电容的信号频率低时电容表现出来的电阻大。大家还记得以前讲的三极管的微变等效电路吗？当加上这个0.015uF的电容后，我们可以简单的画一下输出部分的等效电路。如下图：从图中大家可以看到，三极管的输出回路等效为一个恒流源加一个电阻Rc和电容C，将这个电路做戴维南变换后可得下图，注意，因为电容C是非线性器件，故其不参与变换：电阻RL是新加上去的，表示负载。这个放大电路的实际输出就相当于是电容C上的信号。很明显，Rc与C组成了一个低通电路，负载RL上所能得到的信号电压是由这个低通电路决定的。而这个低通电路所具有的频率特性也就是这个放大器的频率特性。关于RC电路的频率特性，由于涉及到比较复杂的数学运算，这里就不多讲了，我们只要知道变化的趋势就可以了，喜欢更深一步研究的朋友可以找一下相关资料并跟贴讨论。或者我们用一个更容易理解的模型来说明。当放大器的工作频率逐渐升高时，由Rc和电容C并联所组成的电阻是逐渐减小的，由以前学过的放大器的放大倍数公式Rc/Re可以得出，当频率升高时，由于Rc是集电极电阻与电容阻抗的并联，所以Rc/Re的值会减小，放大器的放大倍数会减小。大家要注意的是这个减小并不是线性的等比例的减小，而是象第一张图中右侧的曲线所示。我们再看下一个电路图：与上一个电路相比，0.033uF的电容并联在了Re上，那么我们根据放大倍数公式Rc/Re，考虑一下当频率变化后，放大倍数的变化趋势。很容易我们就可以得出结论，当频率升高时，发射极的等效电阻会减小，也就意味着当频率升高时，放大器的放大倍数会增加。与上个图相比，电容所在位置不同，所造成的效果是截然相反的。一般来说我们只要知道这个电容在电路中的不同位置所引起的变化趋势和大致起作用的范围就可以了。这样有助于我们避开大量而枯燥的数学运算而直接对电路的变化进行初步的认识。继续看第三个图：这个图与上图相比，发射极电阻也并联了一个电容，只不过这个电容比较小，根据上图分析的结论，我们可以知道这个电容开始对放大倍数有影响作用时的频率也就会比较高，至于在多高的频率时会起作用，起什么样的作用在2.4.6和2.4.7小结分别有一个公式，总结起来其实就是一个公式根据它们在电路中位置的不同，分高通滤波器和低通滤波器两种，但这两种滤波器的截止频率都是一个算法。大家在实际运用中要注意这一点，先判断是高通还是低通，再根据与电容相配的电阻计算截止频率。关于截止频率的意义大家看书中的解释就可以了。我们需要建立起来的一个概念也算是一个经验就是，当滤波器的电阻取值在几K到百K左右，电容在uF级别时，它的工作频率一般是在几HZ到几KHZ，当在nF级别时，工作频率在几K到几十KHZ，pF级别时一般就在MHZ左右了。这一点也可以从上面的公式中得到验证。另外对于这个电路要说的一点是，这个电路的直流工作点比较高，大家应该注意到了，三极管的发射极电流在10mA左右。这也是要注意的一个地方，三极管的特征频率是随着集电极电流的增加而升高的，电流越大在高频率时会工作的更好些，这一点可以在三极管的频率特性曲线中看到。最后一个图是调谐（谐振）放大器，对于这个电路，我们只要搞清楚LC串并联谐振的原理就可以容易弄明白了。在本贴里就不多讲，要求大家记住那个谐振频率公式。最后留一个思考题：对于这个放大器来说，发射极电阻可不可以不要？为什么？这个电路能不能放大音频信号？为什么？会发生什么情况？祝愉快Goodays