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关于三极管前面已经发了5篇:
在第5篇文章中提到共射极三极管放大电路出现了明显的饱和失真。在本篇文章中,我们就讨论这个放大电路如何消除饱和失真呢?
1、饱和失真的原因
想要消除饱和失真,首先搞清楚饱和失真的原因。
如果三极管放大电路的静态工作点Q设置过高,VBEQ、IBQ过大,在vbe交流信号正半周的峰值附近会进入饱和区,导致波峰被削平,进而引起ic、vce的波形失真,即出现饱和失真。
那当前的共射放大电路的静态工作点是多少呢?需要计算一下,不妨我们先用TINA-TI画一下该共射放大电路的直流通路,如下图所示。
有了直流通路,我们不妨尝试推导下静态工作点Q的关系式。
前置条件:当R1、R2的阻值选择适当,使得流过R1的电流I1>>IBQ时,我们可以认为:
从上式可以看出,VBQ可以近似为一个常量,不随输入信号变化。
这里,VBEQ近似为0.6V。通过IEQ的计算公式,可以看出IEQ和R4呈反比。有了IEQ,可以进一步知道IBQ和ICQ的数值。
有了ICQ和IEQ的数值,可以进一步获取VCEQ的计算关系:
至此,静态工作点的VBEQ、IBQ、VCEQ、ICQ四个参数的计算关系都已推导出来。有了计算关系,那静态工作点到底是多少呢?我们来仿真下。选择“分析”-“直流分析”-“计算节点电压”,即会出现如下界面:
可以看出:VBEQ=0.66V;IBQ=7.44uA;VCEQ=3.59V;ICQ=949.51uA。
2、如何消除饱和失真?
我们想要消除饱和失真的状态,就得想办法降低静态工作点Q。说具体点,就需要减小IBQ,ICQ。那接下来该如何处理呢?
给大家介绍四种方法,特别是最后一种,简单粗暴,不讲武德!
方法一:增大R4(通常记作Re);
通过上一小节的推导关系中,我们可以看到IEQ=(VBQ-VBEQ)/R4。这里VBEQ是常量,在R1和R2不变的条件下,增大R4,那么IEQ会减小,进而IBQ和ICQ都会相应减小,静态工作点会随着下移。
真的是这样么?不妨仿真试一下。我们把R4从2K增大为3K。如下图所示,立竿见影,饱和失真现象消失!
方法二:减小R2(通常记作Rb2);
通过上一小节的推导关系中,我们可以看到VBQ=R2xVcc/(R1+R2),做进一步换算,有:
在R1和R4不变的条件下,减小R2,那么VBQ会减小,进而IEQ和ICQ会减小,静态工作点会随着下移。不妨仿真试一下。我们把R2从22K增大为11K。如下图所示,饱和失真现象消失!
方法三:增大R1(通常记作Rb1);
和方法二的原理类似,通过增大R1来减小VBQ,是的IEQ和ICQ减小,Q点下移。如下图,将R1从100k增大到120k,饱和失真现象消失。
方法四:减小输入信号VF1的幅值Vpp;
这个方法,简单粗暴,但有用。出现失真,是因为信号放大超过了一定的幅值,进而被削平。如果输入信号幅值减小,放大后的信号也相应减小,就不会被削平。
如果我们把输入信号VG1的幅值从Vpp=2V调整为Vpp=1V,再仿真下,饱和失真消失!
3、总 结
今天先聊到这里,只聊了饱和失真相关的内容,关于频率的内容下次再做讨论。
梳理下今天讨论的内容:
①出现饱和失真的原因:静态工作点Q设置过高;
②共射放大电路直流通路及静态工作点的推导过程;
③共射放大电路直流通路的静态工作点的仿真;
④共射放大电路消除饱和失真的4种方法,最后一种最为简单粗暴,不讲武德!
⑤共射放大电路4种消除失真方法的仿真验证;
另外,附上问题分析过程推导的手写版本;