本帖最后由 官红宇 于 2019-3-4 11:34 编辑
本节开始，我们讲解共集放大电路，也就是说传中的“功放”电路。大家第一次听“功放”这个词大概都和音响系统有关，这是有深刻原因的。音响中作为最终负载的喇叭，其阻抗一般是8Ω或4Ω，如此重的负载一般的电路是无法驱动的。 音响中的功放严格来说分为“前放”和“后放”，分别使用的是共射放大电路和共集放大电路，前者用来调节音量，后者用于驱动喇叭。 1 射级跟随器共集放大电路其实还有另外一个名字，射级跟随器。如图1所示的电路中，输入和输出的关系：
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| | 图1 射极跟随器 |
1) 共集放大电路的交流电压放大倍数为1，所以又叫射极跟随器。 2) 只要三极管的be导通，“射随”特性就成立。 3) 射极跟随器用于连接两个电路，起到有病治病、无病强身的“缓冲器”作用。
电路中要成为“缓冲器”，必须具备以下优良特性： 1) 不影响信号的幅值和带宽。 2) 输入阻抗极大，使前级电路易驱动。 3) 输出阻抗极小，轻松驱动后级负载电路。
2 射随电路的输入输出阻抗参考图1，射随电路的（交流）输入阻抗计算如式（2）所示：
（2）
参考图1，空载时，输出电压：ΔuO=Δui。带上负载RL时，输出电压：ΔuO=Δui。所以，射随电路的输出阻抗为0，当然这是忽略be间的等效电阻（基极体电阻）rbe时的结果，实际RO约为数欧至数十欧之间。 考虑等效电阻rbe时，输出电压ΔuO的计算方法参考图2所示。 |
| | 图2 射随电路的输出阻抗计算电路图 |
1) （交流）输出电压ΔuO不再直接等于（交流）输入电压ΔuI，因为电阻rbe需要缩小β倍后折算到RE的位置。 2) 空载时，输出电压ΔuO表达式为3所示：
（3） 3) 带载时，输出电压ΔuO表达式为4所示：
（4） 4) 令带载输出电压（4）等于0.5倍空载输出电压（3）时的RL取值即为输出阻抗RO。由于rbe和β都不是实际精确知道的量，这里就不列出RO的具体表达式了，没啥实际意义。 5) 假设一组数据看看RO的数量级是多大更有意义些。假设rbe为1kΩ，RE也为1kΩ，β值为100，则RO≈rbe/β=10Ω（即当RL等于10欧时，输出电压降为空载的一半）。 以上分析表明，射随电路的输入阻抗大，输出阻抗小，是一种性能优良的“隔离缓冲电路”。
3 射随电路的带宽如图3所示，共射放大电路与共集放大可以在同一个电路中演示输出。 1) 信号源选择为2Vpp/1kHz方波，电压上升率设定为1ns。 2) 共射放大电路的放大倍数为-1，射随电路的放大倍数为1。
看似两者的频率特性应该差不多，但是实际电路或是仿真结果都是同相输出（射随输出）的延迟小且压摆率高。 |
| 图4 延迟和压摆率比较 |
射随电路天生就具备极高的带宽，高到几乎不用考虑它对电路的影响。 4甲类功率放大电路如果不要求把输出信号滤波为纯交流，射极电阻RE的取值可以尽量大，以便降低“静态”功耗，而几乎不会带来不良影响。 如果需要信号交流输入、交流输出，带上负载的话，射极电阻RE的取值就有讲究了。如图5至图7所示的仿真电路就是甲类功率放大电路，理论上输入输出的电压波形应完全相同。输入信号直流偏移均为7.7V，信号的幅值分别取2VPP和8VPP，射极电阻RE和负载RL电阻分别取1kΩ/6kΩ和6kΩ/1kΩ。 1) 图5所示为8VPP大幅值输入，1kΩ重负载输出，RE为6kΩ的情况。可以看出，输出波形发生了底部失真。 |
| | 图5 甲类功放大幅值重负载 |
2) 图6所示，当减小输入信号幅值的时候，输出波形正常，没有削底。 |
| | 图6 甲类功放小幅值重负载 |
3) 图7所示为8VPP大幅值输入，但是6kΩ轻负载输出，RE为1kΩ的情况。可以看出，输出波形没有发生底部失真。 |
| | 图7甲类功放大幅值轻负载 |
到底是什么原因造成了甲类功放的失真呢？ 1) 稳态时，C1等效为一个电池。在没有交流信号输入时，VE电位为7.7-0.7=7V，这也就是电容C1上的电压。于是RE、C1、RL组成如图8所示的回路。 |
| | 图8 甲类功放的负载电路 |
2) 由于iE不可能为负，所以可以算出VE的电压最小值。当iE为0时，由RE、RL的对电池（电容C1）进行分压关系计算，可得图8（a）中VE最小值为6V，而（b）图中VE最小值为1V。 3) 当输入信号小于VE+0.7V时，be之间的PN结将截至，于是就发生削底失真。图8（a）中VE最小值高达6V，所以只要输入信号瞬时值小于6.7V就会发生“削底失真”。 4) VEmin与RE和RL的比值有关，负载RL越小，RE也必须越小，这样才能避免失真。 5) 在音响系统中，RL低至4Ω/8Ω，RE也必须在这个数量级，于是RE上消耗静态功耗就非常大了。 甲类功放拥有最好的音质效果，但是这是以静态功耗为代价的。
课后问答： 1、共集放大电路的主要特点是？ 2、（多选）下列情况中，容易造成甲类功放失真的有？ A、供电电压过高 B、负载太重 C、RE电阻太小 D、信号幅值过大 答案： 1. 高带宽，高输入阻抗，低输出阻抗。不能放大电压，只能放大电流。 2. BD
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