初级模拟电路：4-8 集电极反馈电路（交流分析）

Posted 2021-02-21 initcircuit

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      我们在前面的BJT直流分析章节，还讲过一种“集电极反馈偏置”电路，它也是共射放大电路的一种。这种电路在集电极和基级之间增加了一个反馈电阻，分析难度有所增加，故这里单独用一小节进行分析。

 

 

1. 基本分析

      下面是一个基本的集电极反馈电路：

图4-08.01 

      将上图中的BJT晶体管替换成r_e等效模型后的交流等效电路如下图所示：

图4-08.02 

      上图中，为分析简便起见，我们暂不考虑输出电阻r_o的影响。（如果你想挑战一下自己是否已经掌握了前文关于考虑r_o时的演算方法，可在阅读完本节集电极反馈电路的基本分析方法后，自己尝试推算一下考虑r_o时的各个交流参数。）

 

● 输入阻抗：

      由于电路中的增加了RF，电路的拓扑形状变成了π型电路，一般电路中如果出现了π型或T型的形状，分析起来就会比较麻烦。虽然硬用KVL和KCL方程去计算也可以，但更好的方法是先对其做一些近似，然后可以极大地简化计算。我们先来看反馈电流If与各个电流的关系：

      通常流过反馈电阻RF的电流If远小于βI_b，故我们可以做如下近似：

      利用这个近似我们可以得到V_o与V_i的表达式：

      消去I_b后可得V_o与V_i的关系式：

      将这个V_o与V_i代入上面If的表达式可得：

      接着我们将这个If代入下式可得：

      将上式归并整理一下即可得到输入电阻Z_i：

      一般R_C远大于r_e，则1+R_C/r_e≈R_C/r_e，因此上式可近似为：

 

● 输出阻抗：

      输出阻抗为将V_i置0（短路）后，由输出端看入的电阻。从图上容易看出，V_i短接后βr_e被短路，I_b为0，则受控电流源相当于开路，因此输出阻抗为：

 

● 电压放大倍数：

      前面我们在计算输入阻抗Z_i时，已近似得到输出电压V_o和输入电压V_i的表达式分别为：

      则电压放大倍数A_v为：

      上式中的负号表明，输出电压和输入电压的反向，或者称：输出信号和输入信号之间存在180°的相移。

 

 

2. 增加反馈旁路电容

      同射极偏置一样，我们也可以对集电极反馈电路添加旁路电容，以使交直流通路不同，在不影响直流静态工作点的情况下，调节电压放大倍数等交流参数。如下图所示：

图4-08.03 

      上图中，电容C3的交流短路特性，使得在交流通路中，反馈电阻的RF1被转移到输入端而RF2被转移到输出端，其代入r_e模型后的交流等效电路如下图所示：

图4-08.04 

      由于这个电路中不含射极电阻R_E，即便加上r_o后，也不会使电路的计算复杂度增加，所以我们在图中画上了r_o的影响。

 

● 输入阻抗：

      输入阻抗Z_i可以直接从图上观察得到：

 

● 输出阻抗：

      输出阻抗Z_o也可以直接从图上观察得到：

 

● 电压放大倍数：

      先列写出输出电压V_o与输入电压V_i的表达式：

      因此电压放大倍数A_v为：

      当r_o≥10R_C式，上式可近似为：

案例4-8-1：对于下图的集电极反馈电路，使用r_e等效模型试求：（1）r_e的值；（2）输入阻抗Z_i；（3）输出阻抗Z_o；（4）电压放大倍数A_v。

图4-08.a1 

 

解：（1）r_e的值由流过三极管发射结的静态工作电流（即I_E）决定：

 

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（2）输入阻抗Z_i为：

 

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（3）输出阻抗Z_o为：

 

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（4）电压放大倍数A_v为：

     

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（ end of 4-8）

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