音响三极管放大电路图-共集电极放大电路实例

2019-10-31 16:51 65 1

今天要讲的电路是非常符合音响爱好者的,它就是共集电极放大电路,它可以构成音响爱好者最津津乐道的甲类功放。

三极管放大电路——共集电极放大电路

甲类功放

共集电极放大电路电路图如下,我们可以看到,输出端是接在电阻Re上的,而Re的电压(射极对地电压)总是比三极管B极电压低0.7V,输入到B极的信号电压总是比输出电压高0.7V(注意!!!并非输入信号比输出信号幅度高0.7V),所以共集电极放大电路也称为射极跟随器

三极管放大电路——共集电极放大电路

基本电路

在交流等效电路中,电源正负极短接,电容短接,产生发射极本征电阻,所以有如下交流等效电路

三极管放大电路——共集电极放大电路

交流等效电路

从上面的交流等效电路中,我们可以看出,共集电极放大电路的电压增益Av = (Re//RL) / (Re//RL+re') ,在re'远小于Re//RL时电压增益约等于1

三极管放大电路——共集电极放大电路

共集电极放大电路电压增益

输入阻抗为Rin = Rb1//Rb2//(HFE*(Re//RL+re'))

三极管放大电路——共集电极放大电路

输入阻抗

电流放大倍数 Ai = Av*(Rin / (Re//RL)),而共集电极放大电路的电压增益约等于1,所以电流放大倍数Ai ≈ Rin / (Re//RL)

三极管放大电路——共集电极放大电路

电流放大倍数

放大功率P= Av*Ai ,而Av接近1,所以放大功率约等于Ai

共集电极放大电路实例

对于设计,我总是希望贴近我们可以去制作的电路,今天我们就来设计一个甲类功放

信号从手机3.5MM耳机接口取,耳机接口输出电压在1.3V左右。因为输出电压低,而共集电极放大电路不能放大电压,所以我们分为两级放大。第一级使用共射极放大电路放大电压,第二级使用共集电极放大电路放大功率,供电电压选择12V,喇叭选择8Ω/5W

首先共射极放大电路我之前的文章已经讲过如何设计了,就不再累述,具体电路如下

三极管放大电路——共集电极放大电路

电压放大

第二级我们要进行功率放大,共集电极放大电路设计如下

  1. 电阻Re的选择:Re我们选择和输出负载(喇叭)的阻值一样8Ω。
  2. 偏置电阻Rb1和Rb2的选择:对于共集电极放大电路来说,把偏置设置在电源电压的2/3是最好的,。我们知道三极管的电流Ie约等于Ib*HFE,所以电阻Rb1的阻值不应该大于HFE倍Re。所以Rb1选择500Ω,Rb2为1KΩ,此时B极电压被设定在2/3电源电压
  3. 输出电容选择,因为输出电容和负载构成一个高通滤波器,所以根据高通滤波器计算公式f = 1/(2πRC),输入频率最小为20Hz,计算出输出电容最小需要994uF,选择1000uF
  4. 输入阻抗:根据输入阻抗计算公式Rin = Rb1//Rb2//(HFE*(Re//RL+re') ,计算得输入阻抗约等于275Ω,而后级输入阻抗是并联在前级输出阻抗上的,所以前级电压放大倍数由8倍变为Av = (Rc//RL)/(Re+re')≈5.8倍
  5. 从电路图可以看出,三极管Q2的静态功耗(无信号输入时)为(VCC-Ub-0.7)^2 / R7 = (12V-8V-0.7V)^2 / 8Ω = 3.3^2 / 8 = 1.36W 这也是为甲类功放总是需要一个非常大的散热器的原因
三极管放大电路——共集电极放大电路

整体电路

如果是单电源双声道可以使用两个上面的电路分别放大左右声道,使用双联电位器同时调节左右声道音量。对于双电源可以使用下面的电路,只是需要使用对管罢了

三极管放大电路——共集电极放大电路

双电源双声道

共集电极放大电路电阻Re为什么选择和负载阻抗一样?

对于共集电极放大电路来说,在波形的负半周。输出电容相当于一个电源,它为负载提供能量,负载和射极电阻相当于一个分压器。射极电阻Re比负载大,分到的电压越大,射极电压越高,如果输入B极的负半周信号突然变化(电容来不及放电),信号则会在低于射极电压加0.7V时失真。而如果射极电阻比负载小,射极分到的电压越小,这对信号是有利的,它不容易使信号失真。但是,Re越小,则静态功耗越大,三极管发热越大。让三极管工作在越高的温度下是越不利于电路稳定的

三极管放大电路——共集电极放大电路

信号负半周时,电容为负载提供能量

为什么要把静态工作点设计在三分之二电源电压?

对于射极电阻Re和负载阻抗一样时,把静态工作点设计在电源的三分之二是对电源利用率最好的情况。如果设计过高就会容易饱和失真,设计得低了则容易截止失真,则电源利用率就会降低

三极管放大电路——共集电极放大电路

对于射极电阻Re和负载相等的情况

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