以前寫過一篇文章,介紹自舉電路在BUCK電源的應用,驅動高邊MOS
反饋不錯,今天再來介紹下自舉電路增加輸入阻抗的原理,喜歡的同學記得點贊、轉發,多多支持!
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1 輸入阻抗的計算方法
我們從最簡單的電路開始一點一點分析,先定義一下輸入阻抗的計算過程。我們可以粗略的把負載作為一個黑盒子來對待,所謂的輸入阻抗,就是計算輸入到這個黑盒子的電壓與電流的比值,比如下圖,輸入阻抗R=Vin/Iin。
2 從最簡單的射極跟隨器說起
下圖是一個射極跟隨器,就是輸出Vo=Vin(暫時不考慮三極管B極和E極之間的壓降)。
那么它的輸入阻抗是多少呢?
假設基極B有一個變換量△Vb,則在發射極E也有一個相應的變換量△Ve,而且二者接近相等,即
△Vb=△Ve
發射極電流的變化量是,
△Ie = △Vb/Ro,
三極管放大倍數為β,則基極B電流變化量
備注:Ie = Ib + Ic = Ib + βIb=(1+β)Ib
輸入阻抗為:
三極管放大倍數β很大,一般取100,所以Rin很大,這是它的優點,我們都希望輸入阻抗大一些。
其實,我們可以簡化分析過程,對于跟隨器,Vin=Vb=Ve,則流過基極B的電流變化為
電流很小,因此其阻抗是很大的,這個分析思路后面還會借鑒。
然而這個射極跟隨器它有一個巨大的缺點,該電路沒有偏執,輸出會有失真。
我們看下他的輸入和輸出波形,紅色是輸入,藍色是輸出,藍色峰值電壓略低于紅色輸入,這主要是三極管BE之間的壓降引起的,我們不考慮這個壓差。最大問題是藍色沒有負電壓,只有半波,失真了,沒有起到跟隨器的作用,因此,我們引入了分壓式放大電路,來解決這個失真問題。
3 分壓式共射放大電路
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分壓式共射放大電路全稱是分壓式負反饋共射放大電路,引入分壓式放大電路,提供一個直流偏執后失真就好很多了,R4,R3構成偏執電路,使得輸出波形在直流基礎之上擺動,避免了負電壓失真。
從示波器輸出波形可以看到,輸出基本跟隨輸入,只有一點相位延遲,并沒有發生失真。
然而這個電路有個稍微不足的地方,那就是輸入阻抗低,它的輸入阻抗是多少呢?
對于交流信號,交流輸入阻抗是R3并R4,大約只有5K,比單純一個三極管少了不是一點點。這就是他阻抗低的原因,因此可以引入我們今天的主角:
自舉電路增加輸入阻抗!
鋪墊了這么久終于到今天的主角了!
4 分壓式共射放大電路與自舉電路
這個電路又進化了,有人引入了自舉電路。R1與C1構成自舉電路,C1的存在使得其對交流通路而言阻抗小很多,可以認為C1兩端對于交流而言是短路狀態,其結果就導致Vb=Ve,作為射極跟隨器使用。
則流過電阻R1的電流:
則
因此其輸入阻抗是非常大的,這就是自舉電路增加輸入阻抗的思想。
上面討論的是分立的三極管,那么對于集成運放又是怎么做的呢?
5 運放與自舉電路
對于運放而言,我們就不仿真了,其實原理都是一樣的,下圖是同向放大,輸入阻抗很簡單:
R=R4+R5,(比反向放大輸入阻抗小很多)
下面是加入自舉電路后的同向放大,C1對于交流而言阻抗是非常小的,所以Vc=Vn,
R4兩端的電流:
又因為運放的虛短虛斷,Vn=Vp=Vin,所以上式變為
所以流過R4的電流近似為0,其輸入阻抗為無窮大,其輸入阻抗由普通的同向放大的R4+R5,變為現在的無窮大
Rin=Vin/Ir4=∞
以上就是自舉電路增加輸入阻抗的分析。