分相器分析

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       分相器电路从单个输入信号中产生两个幅度相等但相位相反的输出信号。分相器是另一种类型的双极结型晶体管(BJT)配置,其中,单个正弦输入信号被分为两个相互之间相差180电角度的独立输出。

 

       晶体管分相器的输入信号利用从集电极端子取得的一个输出信号和从发射极端子取得的第二输出信号施加到基极端子。因此,晶体管分相器是一个双输出放大器,从其集电极和发射极端子产生相位差为180 o的互补输出。

 

       单晶体管分相器电路并不是什么新鲜事物,因为我们在之前的教程中已经看到了其基本构建模块。分相器,反相器电路结合了普通发射极放大器和普通集电极放大器的特性。与CE放大器和CC放大器电路一样,分相器电路被正向偏置以用作线性A类放大器,以减少输出信号失真。

 

       但是首先让我们刷新一下对公共发射极(CE)放大器电路和公共集电极(CC)放大器电路配置的了解。

 

       通用发射极放大器

 

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       所述共发射极与分压器偏置电路是最广泛使用的线性放大器配置为便于偏压和理解。

 

       如图所示,输入信号施加到基极端子,输出信号取自连接在集电极和正电源轨V CC之间的负载电阻R L两端。因此,发射极是输入和输出电路共用的。

 

       除了提供由R L / R E之比决定的电压放大外,共发射极(CE)配置的主要特征是它是一个反相放大器,在输入和输出信号之间产生180 o的相位反转。

 

       为了用作A类放大器,电路需要偏置,以使馈入基极的静态电流I B将集电极端子电压设置为大约电源电压值的一半。选择电阻器R 1和R 2的比率,以使晶体管正确偏置,从而提供最大的未失真输出信号。

 

       共集放大器

 

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       共集电极放大器使用与集电极存在两者共同的输入和输出电路的公共集电极配置单个晶体管。如图所示,将输入信号施加到晶体管的基极端子,并从发射极端子取得输出。

 

       由于从发射极电阻两端获取输出信号,因此无需使用集电极电阻R E,因此集电极端子直接连接至电源轨V CC。这种类型的放大器配置也称为电压跟随器,或更常见的是发射极跟随器,因为输出信号跟随输入信号。

 

       Common Collector(CC)配置的主要特征是它是同相放大器,因为输入信号直接通过基极-发射极结传递到输出。因此,输出与输入“同相”。因此,它的电压增益略小于一个(单位)。

 

       与以前的公共发射极配置一样,使用分压器网络将公共集电极放大器的晶体管偏置到电源电压的一半,以为其直流工作条件提供良好的稳定性。

 

       分相器配置

 

       如果我们将公共发射极放大器的配置与公共集电极放大器的配置相结合,并同时获取集电极和发射极端子的输出,则可以创建一个晶体管电路,该晶体管电路产生两个大小相等的输出信号但彼此相对。

 

       分相器使用单个晶体管来产生反相和同相输出,如图所示。

 

       使用NPN晶体管的分相器

 

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       前面我们曾说过,公共发射极放大器的电压增益为R L与R E之比,即-R L / R E(负号表示反相放大器)。如果我们要使这两个电阻的值相等(R L  = R E),则公共发射极级的电压增益将等于-1或1。

 

       作为公共的集电极,发射极跟随器放大器电路,其自然的同相电压增益接近于单位(+1),两个输出信号,一个来自集电极,一个来自发射极,幅值相等,但输出为180 o-相。这使得单位增益晶体管分相器电路非常有用,可以为另一个放大器级(例如B类推挽功率放大器)提供互补或反相输入。

 

       为了正确操作,必须选择跨接在电源轨和地之间的分压器网络,以使DC条件正确稳定,以使来自集电极和发射极端子的输出电压摆幅产生对称的输出。

 

       分相器示例1

 

       需要单个晶体管分相器电路来驱动推挽功率放大器级。如果电源电压为9伏,使用的NPN 2N3904晶体管的Beta值为100,静态集电极电流为1mA,输入信号的峰值幅度为1V,则设计一个合适的电路。

 

       为了防止发射极端子输出信号失真,发射极端子的直流偏置电压必须大于输入信号的最大值,在这种情况下为1伏峰值。如果我们将直流静态发射极端子电压设置为输入值的两倍,以确保无失真输出摆幅,则V E等于2伏。

 

       由于V E设置为2伏,并且流过它的发射极电流(也就是集电极静态电流)为1mA,因此发射极电阻R E的计算公式为:

 

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       对于分相器电路的公共发射极侧的电压增益等于-1(统一),集电极负载电阻R 大号必须等于R È。也就是说为R 大号  = R Ë  =2kΩ的。因此,集电极负载电阻两端的压降计算如下:

 

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       应用基尔霍夫电压定律,V CC  – V C  – V CE  – V E  =0。因此9 – 2 – 5 – 2 =0。我们希望看到这种情况,因为R L = R E且流过两个电阻的电流大约是相同的值,因此每个电阻上的I * R压降在2.0伏时将是相同的。

 

       这意味着同相输出(发射极端子)的直流偏置电压为2.0伏(0 + 2),反相输出(集电极端子)的直流偏置电压为7.0伏(9 – 2)。换句话说,两个输出的直流静态输出电压处于不同的值。

 

       晶体管的直流电流增益Beta为100。对于普通的发射极放大器,β为集电极电流与基极电流之比,即:β= I C / I B,所需的基本偏置电流值计算如下:

 

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       然后,对于100的直流电流增益,静态基极电流I B(Q)给出为10uA。通常的做法是,流经分压器网络基极至地电阻的静态电流的值是基极电流的十倍(x10)。因此流过R的电流2将是10 * I 乙 = 10 *为10uA =为100uA。

 

       基极电压V B等于发射极电压V E加上基极-发射极pn结的0.7伏正向压降,即:2.0 + 0.7 = 2.7伏。因此,R 2的值计算如下:

 

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       由于有100uA的电流流经R 2,而有10uA的电流流经晶体管的基极端子,因此必须遵循的是,有110uA(100uA + 10uA)流经分压器网络的顶部电阻R 1。如果电源电压为9伏,而晶体管的基极电压为2.7伏。电阻器R 1的值计算如下:

 

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       因此,用于分离器电路直流偏置的分压器网络由R 1 =57.3kΩ和R 2 =27kΩ组成。

 

       将以上计算得出的值放在一起,我们得到以下单晶体管分相器电路:

 

       体管分相电路

 

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       当单个晶体管分相器电路产生输入信号的两个输出版本时,与输入信号的相位同相的非反相版本,以及输入信号的180 o相位反相的版本,两个输出均具有相似的幅度。这将使分相器电路成为驱动推挽或图腾柱配置的输出以进行放大或直流电动机控制的理想选择。

 

       图腾柱输出级

 

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       由于互补输出来自晶体管的集电极和发射极,因此当上晶体管Q2正向偏置并在负半周期导通时(由于反相),下晶体管Q3截止,因此负半波形被传递到负载电阻器,- [R 大号。

 

       在输入波形的正半周期,较低的晶体管Q3正向偏置并导通,而上部晶体管,Q2关断时,这样的波形的正半被传递到负载电阻器,- [R 大号。

 

       因此,在任一时刻,仅输出晶体管Q2或Q3之一被正向偏置并导通输入波形的一半。当两个输出晶体管彼此切换时,输入信号的两个半部分组合在一起,在R L两端产生一个反相的输出波形,该波形的DC偏置电压以V C和V E之差为中心。电阻R 5用于限制电流。

 

       晶体管分相器摘要

 

       我们在本文中已经看到,通过将公共发射极电路与公共集电极电路相结合,我们可以创建另一种类型的单晶体管电路,它实际上不是CE放大器或CC放大器,而是产生两个电压的分相器电路振幅相同但相位相反。

 

       有时,有必要有两个信号都幅度相等但180 ø外的相位彼此并有不同的方法来创建双输出相器电路,包括使用差分放大器和运算放大器。但是,单晶体管分相器电路配置最容易构建和理解。

 

       单晶体管分相器电路被偏置以用作A类放大器,其两个互补的(反相和同相)输出分别取自晶体管的集电极和发射极端子。为了正确操作,每个输出的增益必须设置为1,单位增益。

 

       单晶体管分相器电路可用于驱动B类推挽放大器,用于逆变器的中心抽头变压器或用于电机控制的图腾柱输出,因为当一个晶体管导通而另一个晶体管截止时。

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分相器分析

分相器电路从单个输入信号中产生两个幅度相等但相位相反的输出信号。分相器是另一种类型的双极结型晶体管(BJT)配置,其中,单个正弦输入信号被分为两个相互之间相差180电角度的独立输出。晶体管分相器的输入信号利用从集电极端子取得的一个输出信号和从发射极端子取得的第二输出信号施加到基极端子。因此,晶体管分相器是一个双输出放大器,从其集电极和发射极端子产生相位差为180 o的互补输出。

共基放大器

对于公共基极放大器,输入被施加到发射极端子,而输出则从BJT晶体管的集电极端子获取。所述共基极放大是另一种类型的双极结型晶体管的,(BJT)配置,其中晶体管的基极端子是一个公共端子,以输入和输出信号,因此它的名字公共底座(CB)。与更流行的公共发射极(CE)或公共集电极(CC)配置相比,公共基极配置作为放大器的通用性较低,但由于其独特的输入/输出特性而仍在使用。

共集放大器

共集电极放大器在其发射极负载两端产生与输入信号同相的输出电压。在公共集电极放大器是另一种类型的双极结型晶体管,的(BJT)配置,其中输入信号被施加到基极端,并从发射终端所采取的输出信号。因此,集电极端子对于输入和输出电路都是公共的。这种类型的配置称为“公共收集器”(CC),因为收集器端子通过电源有效地“接地”或“接地”。

除A、B外的第三类AB放大器

AB类放大器输出级结合了A类放大器和B类放大器的优点,从而产生了更好的放大器设计。任何放大器的目的都是产生一个遵循输入信号特性的输出,但又足够大,足以满足与其相连的负载的需求。我们已经看到,放大器的功率输出是施加到负载的电压和电流的乘积(P = V * I),而功率输入是直流电压和从电源获取的电流的乘积。

使用增强型MOSFET的MOSFET放大电路

MOSFET放大器使用以共源配置连接的金属氧化物硅晶体管。在我们以前的有关FET放大器的文章中,我们看到可以使用结型场效应晶体管或JFET制作简单的单级放大器。但是还有其他类型的场效应晶体管可用于构建和放大,在本文中,我们将研究MOSFET放大器。