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三极管设计精要 三极管，设计电路来说有些困难，得注意很多现象。在此，个人将自己在最近一个月的学习成果进行总结。 学习资料：大致为三本，模拟电子技术，晶体管高频电路，晶体管设计（上）。 动手实验：一阶共射电路，一阶共集电路，两级共射电路，共射-共集电路（Walman电路），并联负反馈，串联负反馈。 学习体验：和学习摆弄的人一样，一开始学习三极管都是从模拟电路开始的，PN结，模型建立，图解法，H参数，亦或者π参数。个人认为，这些是推导很多理论公式所需要的必要知识和理论功底。要不然后面提出简化模型和经验公式时出问题时，可以做出从头梳理进行理论分析出症结所在。 理论作用于实践很多时候是不能直接拿来运用的，这里需要做些理论简化。 本文主要以NPN 8050三极管举例。我们大多时候只关注外特性，而不是内部等效。 首先明确三极管到底是如何放大信号的。从理论我们知道，三极管是流控件，只需要小电流信号就可以控制产生大信号。可是大信号是怎么来的呢？答案是从电源里面出来的。 如下图 file:///C:\Users\Laughing\AppData\Local\Temp\msohtml1\03\clip_image002.jpg 上图是错误的,而下图才是正确的理解。只有这样才是消耗电源功率。 接下来说信号流向问题。 file:///C:\Users\Laughing\AppData\Local\Temp\msohtml1\03\clip_image004.gif 静态电流流向 file:///C:\Users\Laughing\AppData\Local\Temp\msohtml1\03\clip_image006.gif 信号传递方向 由图像可以得出如下几个规律： 1. 静态的电流方向和交流信号的电流方向可以不完全一致。NPN是两者两同，二对于PNP则不一定相同，尤其是在做PNP-NPN串联负反馈的时候会有更深刻的印象。 2. 在发射极E端信号可认为不放大；这个就是我们射极跟随器来由。实测电路，其实会有衰减。可以从两个方面来解释，纯理论计算，也就是用参数模型，化解，公式推导，发现电压是个小于1的比值，但是可以近似于1。第二种解释，就是可以想象在E极有一个很小的发射极电阻，会产生压降导致信号的衰减。这个发射极电阻大小很小，应该是不到不到10欧姆（rbb’/β，我们在低频中常将rbb’估计为300欧姆，假设β=100，那么发射极电阻才大概为3欧姆）。 3. 在集电极C端，信号被放大了A倍。信号的方向的方向和输入信号时反相关系。 PS：有几个说明。 1. B极的电阻可以映射到E极，那么是将B极的电阻除以β；而对于E极的电阻映射到B极则是乘以β。 2. 对于模拟电路最好能够将整个过程分模块，同时能够将信号流经的过程给画出来，有利于检查电路。 说完信号的流向，我们说下一个特性，各级的电阻。 1. 我测量过E极电阻大约为数欧左右，10欧左右徘徊。对于B,C极看进去的电阻大多和外接的电阻相关了。详见上一节对于图像分析规律2。 2. 对于基极电阻rbb’在低频段可以近似于300欧姆来估计，亦可查三极管数据手册。低频段的概念是指f<0.5fβ 。(可能有出入) 我的目标数高频宽带，因此我需要做到宽频带，所以不得已必须关注三极管的另外一个现象，米勒效应。其实和简单的可以理解出来。三极管的模型里面知道BE,BC,CE直接都是有电容存在的。米勒效应就是将这些电容等效到输入，输出端而已。只是这些等效有个数学关系在这里而已。由于米勒效应会导致输入端等效于一个低通滤波器。如下图，以共射放大电路为例说明。 file:///C:\Users\Laughing\AppData\Local\Temp\msohtml1\03\clip_image008.gif file:///C:\Users\Laughing\AppData\Local\Temp\msohtml1\03\clip_image010.gif file:///C:\Users\Laughing\AppData\Local\Temp\msohtml1\03\clip_image012.gif 由上面两个等式可知，放大倍数越大，Ci也越大，导致file:///C:\Users\Laughing\AppData\Local\Temp\msohtml1\03\clip_image014.gif 也越小.这里可以近似获得我们在运放中常用的概念,增益带宽积GBW。 file:///C:\Users\Laughing\AppData\Local\Temp\msohtml1\03\clip_image016.gif file:///C:\Users\Laughing\AppData\Local\Temp\msohtml1\03\clip_image018.gif file:///C:\Users\Laughing\AppData\Local\Temp\msohtml1\03\clip_image020.gif 对于共集放大电路。 file:///C:\Users\Laughing\AppData\Local\Temp\msohtml1\03\clip_image022.gif 没有电压放大，因为Ci和放大倍数无关，所以依旧有一个很宽的频带范围。适合做有源阻抗变换。 对于共基放大电路。 file:///C:\Users\Laughing\AppData\Local\Temp\msohtml1\03\clip_image024.gif 带来的问题是只有电流放大，电压基本没有放大。 改进电路，是共射-共基电路，即渥尔曼电路 为了使频带延拓有如下几个方式。 1. 选用Cob（Cbc）小的三极管，也就是高频管，带来的问题就是β值的明显减小。 2. 采用共基电路，因为共基电路的输入阻抗小，且电压放大倍数小，所以采用了共射-共基电路。 3. 就是采用负反馈电路。 综上所述，所有的方法都是为了减小米勒效应。 最后我们要做成可以使用的模块，且便于级联。我们需要做到阻抗匹配。 什么是阻抗匹配呢。对于线性电路则是使负载阻抗等于源阻抗。 我们所做的阻抗匹配是在我们的通频带内做的阻抗匹配。之外的情况不考虑。 阻抗匹配的原理简述。 file:///C:\Users\Laughing\AppData\Local\Temp\msohtml1\03\clip_image026.gif file:///C:\Users\Laughing\AppData\Local\Temp\msohtml1\03\clip_image028.gif 阻抗匹配的方法。 无损匹配。变压器。 有损匹配。如上图。 实用电路的设计方法 1. 满足从后往前设计，选择电路模型 2. 根据输出电压+富裕量==》选择电源 3. 选择主要芯片，三极管 4. 设置静态工作点 5. 设置工作电流 6. 计算原件参数 7. 阻抗匹配。 8. 模块封装
我设计的电路是采用串联负反馈和并联负反馈电路。 附图串联负反馈，达到要求，10倍放大，30M通频带无衰减，实测有升峰现象。
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发表于 2013-1-23 19:38:25
发表于 2013-1-23 19:42:14
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