共射極放大電路輸入輸出阻抗分析

在三極管電路中經(jīng)常使用直流通路和交流通路分析電路，實(shí)際上就是運(yùn)用了電路疊加定理分析電路，電路有兩個(gè)“源”，一個(gè)直流供電電源，一個(gè)輸入信號(hào)源。

直流通路：在直流電源作用下直流電流流經(jīng)的通路，也就是靜態(tài)電流流經(jīng)的通路，用于研究靜態(tài)工作點(diǎn)。

1)電容為開(kāi)路

2)電感線圈視為短路

3)信號(hào)源視為短路，但是保留其內(nèi)阻

前兩個(gè)都比較好理解，電容隔直流，電感通直流，第三條是運(yùn)用疊加定理，短路信號(hào)源，只分析直流作用下的電路工作狀態(tài)。

交流通路：輸入信號(hào)作用下交流信號(hào)流經(jīng)的通路，用于研究動(dòng)態(tài)參數(shù)。

1)容量大的電容視為短路

2)無(wú)內(nèi)阻的直流源視為短路

第一條只要電容足夠大，輸入信號(hào)頻率足夠高，容抗就可忽略不計(jì)，電容視為短路。第二條也是運(yùn)用疊加定理，短路直流電源，只分析交流信號(hào)源作用下的電路工作狀態(tài)。不少人對(duì)直流短路分析很困惑，實(shí)際上直流電壓源內(nèi)阻非常小，單獨(dú)分析信號(hào)源的時(shí)候，可以認(rèn)為直流電源短路。實(shí)在不好理解，可以這么想，直流電壓源的正極和GND之間有很多的電容，都是通交流的。

下面結(jié)合疊加定理分析以下輸入阻抗:

左邊虛線方框中模擬了一個(gè)有內(nèi)阻信號(hào)源，內(nèi)阻R3= 5K，輸出信號(hào)連接到兩個(gè)分壓電阻。

先看一下輸入輸出波形：

紅色(Channel B)輸入波形是1V峰峰值的交流信號(hào)，紫色(Channel B)輸出是帶有2.5V直流分量，峰峰值為500mV的信號(hào)。

為什么出現(xiàn)這種情況呢，我們現(xiàn)在使用疊加定理計(jì)算：

1)只有直流VCC存在，直流不能通過(guò)C1，輸出電壓為R1和R2分壓，Uout1如下：

將相應(yīng)數(shù)值代入以上公式中得出Uout1 = 2.5V，相當(dāng)一個(gè)直流偏置。因?yàn)镃1的存在，使得這個(gè)分量和R3無(wú)關(guān)。

2)只有交流信號(hào)源存在，VCC接GND，C1對(duì)于交流信號(hào)相當(dāng)于短路，輸出電壓相當(dāng)于R1和R2并聯(lián)然后和R3分壓，Uout2如下：

將相應(yīng)數(shù)值代入以上公式中得出Uout2 = 0.5Uin，Uin是峰峰值為1V的信號(hào)，所以Uout2是峰峰值為500mV的交流信號(hào)。根據(jù)疊加定理得出，這兩個(gè)信號(hào)同時(shí)作用時(shí)的輸出為兩者之和，即：

Uout = Uout1(直流) + Uout2(交流)

從示波器上看就是帶有2.5V直流分量，峰峰值為500mV的信號(hào)。輸入交流信號(hào)被衰減了一半。這是由R3導(dǎo)致的，R3和后端輸入電阻把輸入信號(hào)分壓。

從這里就可以看出，如果不想輸入信號(hào)被衰減，需要使R3盡可能的小，R1//R2盡可能的大，在這里R1和R2的并聯(lián)值為后端網(wǎng)絡(luò)的輸入阻抗。

所謂輸入阻抗是對(duì)輸入信號(hào)來(lái)說(shuō)，也就是對(duì)輸入信號(hào)的阻礙，和直流偏置沒(méi)有關(guān)系。因此輸入阻抗為R1//R2。

再來(lái)看共射極放大電路：

這個(gè)電路前面文章介紹過(guò)，這是個(gè)放大倍數(shù)為兩倍的電路。三極管的基極電流很小，可以忽略不計(jì)，或者認(rèn)為三極管的出入阻抗很大和R2并聯(lián)后接近R2，因此共射放大電路的輸入阻抗就是R1和R2并聯(lián)。

現(xiàn)在我們來(lái)驗(yàn)證一下，給信號(hào)源增加一個(gè)內(nèi)阻R3，R3=17K≈R1//R2，輸入信號(hào)源為1KHz，峰峰值200mV，查看現(xiàn)象。

首先測(cè)量三極管基極波形，發(fā)現(xiàn)輸入信號(hào)被衰減了一半，變?yōu)?00mV峰峰值，由此可見(jiàn)共放大電路的輸入阻抗就是R1和R2并聯(lián)值。

輸入輸出波形相位相反，幅值相同，即放大倍數(shù)是1，而不是原來(lái)的2倍。因?yàn)樾盘?hào)源被衰減了。

輸出阻抗：

因?yàn)槿龢O管是個(gè)流控流型的器件，因此可以看做一個(gè)恒流源，只是這個(gè)恒流源的電流隨輸入信號(hào)變而變化。這個(gè)恒流源不太好理解，我們結(jié)合仿真，說(shuō)一下，下圖中輸入峰峰值200mV的信號(hào)，測(cè)量各個(gè)支路交流峰峰值如下，這里不管怎么調(diào)節(jié)負(fù)載電阻RL，集電極電流不變，且負(fù)載電流和Rc電流之和等于集電極電流。說(shuō)明集電極電流不隨負(fù)載變化而變化，三極管等效為恒流源。

直流通路只是提供了一個(gè)偏置電壓，我們只分析交流通路即可，如下是交流通路等效電路。

我們都知道恒壓源的內(nèi)阻可以看做是0，恒流源的內(nèi)阻可以看做無(wú)窮大，射極電阻Re相對(duì)恒流源的無(wú)窮大電阻可以忽略不計(jì)，因此共射極放大電路的輸出阻抗是Rc//∞，即，Rc。當(dāng)給以上電路增加一個(gè)負(fù)載電阻RL=Rc，由于恒流源的電流不變，因此流過(guò)Rc的電流減半，導(dǎo)致輸出電壓減半。

上圖中輸入峰峰值200mV，輸出只有50mV，這是因?yàn)檩斎胄盘?hào)被衰減了一半，放大倍數(shù)為兩倍，輸出又被衰減了一半，因此此電路輸出只有峰峰值50mV。