電路設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)筆記

1、電路設(shè)計(jì)之步步為贏作者: #藍(lán)色阿拉丁# QQ:80282987第一章 穩(wěn)壓二極管應(yīng)用 1.1 實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓需要滿足的條件1） 必須工作在反向擊穿狀態(tài)，即二極管應(yīng)該反接，負(fù)極接電源，且電壓必須大于它的穩(wěn)壓值。2） 滿足上面的基本條件外，要想達(dá)到比較好的穩(wěn)壓效果，還需要考慮其它因素，比如最小穩(wěn)定電流IZmin(如圖1)。在電流小于IZmin時(shí)，電壓是隨著電流的增加而增大的，實(shí)際經(jīng)過(guò)它的電壓穩(wěn)壓后的電壓值要比額定的要小，一般可能相差1V左右，從下面的參數(shù)表可以看出，穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓值是有一定的波動(dòng)范圍的。要想隨電流的增加，電壓值仍保持基本不變，則應(yīng)考慮最小穩(wěn)定電流，一般工程應(yīng)用參考值為4mA8mA3）

2、 當(dāng)然有最小穩(wěn)定電流，就有最大穩(wěn)定電流，電流過(guò)大會(huì)損壞二極管，即有最大耗散功率(Pcm=Icm*Umax)<表1> <圖1>1.2 基礎(chǔ)應(yīng)用電路1.2.1 與電阻串接到電路中降壓1) 外部VDD一般為控制線，沒(méi)起作用時(shí)可能懸空，起作用時(shí)引入12V電壓，所以為了使外接懸空時(shí)，三極管不出現(xiàn)微導(dǎo)通狀態(tài)，所以接一個(gè)下接電阻R1到地是有必要的（一般10K左右），而且分得的電流很小，基本不影響電路的導(dǎo)通情況Ir1=0.7v/20k=35uA2) 穩(wěn)壓二極管D2導(dǎo)通時(shí)，如果電流達(dá)到了最小穩(wěn)壓電流的話，經(jīng)D2后降壓約6.8V，如果實(shí)際電流比較的話，實(shí)際經(jīng)穩(wěn)壓二極管D2的降壓值會(huì)比6.8

3、V小（未進(jìn)入穩(wěn)壓區(qū)前，二極管電壓隨電流增大而增大，一直到最小穩(wěn)壓電電流時(shí)到達(dá)最大穩(wěn)壓6.8V）。我們先假設(shè)為6.8V計(jì)算，則加到R2上的電壓Vr2=12V-6.8V-0.7V=4.5V，則該支路總電流I=4.5V/20K=225uA; 這個(gè)電流值比穩(wěn)壓管的參考最小穩(wěn)定電流48mA小了幾十倍，可反推想該穩(wěn)壓管D2肯定沒(méi)達(dá)到最大穩(wěn)壓值6.8V，絕對(duì)比這個(gè)小，以5.8V計(jì)算的話Vr2=12-5.8-0.7=5.5v，I=5.5V/20K=275uA，這與實(shí)際仿真出的I=265uA已經(jīng)很接近了。用Ib=275uA-Ir1(R1分掉的電流)=265-35=240uA，與實(shí)際的234uA也很相近了。3)

4、由上面參數(shù)可以看出，穩(wěn)壓管并沒(méi)有達(dá)到最大穩(wěn)壓值，為何不減小R2電阻，增大該支路電流而使D2達(dá)到最大穩(wěn)壓值6.8V呢？這里的一個(gè)原因是：在穩(wěn)壓管串聯(lián)電路中，它的作用更主要的是降壓，對(duì)電壓一定要穩(wěn)在一個(gè)特定的值要求沒(méi)那么嚴(yán)，它不像穩(wěn)壓管并聯(lián)穩(wěn)壓。在這里，輸入電壓可能是一個(gè)寬壓值，比如12-30V，我們算下30V時(shí)的電壓和電流值(如圖)：Vr2 = 30-6.8-0.7=22.5V; Ir2 = 22.5/20=1.125mA;基極電流Ib=1.125mA-35uA=1.09mA(注：A點(diǎn)電壓為0.7V，因?yàn)殡娮鑂1與發(fā)射結(jié)并聯(lián)，并聯(lián)總電壓=支路電壓)此時(shí)的值與仿真得到的值已經(jīng)非常相近了！而我們?nèi)杂?/p>

5、的是6.8V穩(wěn)壓值計(jì)算出的結(jié)果，得到流經(jīng)穩(wěn)壓管的電流值是1.125mA，這已經(jīng)接近參考穩(wěn)壓電流值4-8mA了，這就近一步證明了，電流值越接近穩(wěn)壓管最小穩(wěn)壓電流值，經(jīng)穩(wěn)壓管后降下的電壓值越接近穩(wěn)壓值(6.8V)。輸入30V時(shí)的檢測(cè)電路1.2.2 與負(fù)載并聯(lián)穩(wěn)壓首先看兩個(gè)圖，我們?cè)俑鶕?jù)這個(gè)電路講解它怎樣去設(shè)計(jì) 圖2-1 圖2-2首先，我們?cè)谠O(shè)計(jì)一個(gè)電路之前，要搞清哪些東西是已知的，不管是經(jīng)驗(yàn)值還是查芯片手冊(cè)查到的數(shù)字，你能確定它就算已知量。在這里，我們已知：1> 查看1Z6.8的芯片手冊(cè)，可以知道它的最小穩(wěn)壓電流為10mA，也就是說(shuō)要想穩(wěn)壓管穩(wěn)定在6.8V，必須給它10mA左右電流。2>

6、; 三極管導(dǎo)通時(shí)，BE極電壓經(jīng)驗(yàn)值為0.7V3> 發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)所需電流為一般為5-20mA，電壓為2V左右4> 使三極管進(jìn)入飽和區(qū)后，集電極-發(fā)射極電壓Uce電壓在0.03-0.2V左右，幾乎可以不計(jì)，我們以0計(jì)算知道以上幾個(gè)條件就可以設(shè)計(jì)電路了。1：首先要使穩(wěn)壓管穩(wěn)壓，則需使它反向并聯(lián)接入電路中。2：電阻R3是必須的，用以控制支路總電流以及分到穩(wěn)壓管D1電流3：電阻R1也是必須的，用以控制三極管基極電流，使三極管進(jìn)入飽和區(qū)4：電阻R2用以限制發(fā)光二極管電流現(xiàn)在我們計(jì)算這幾個(gè)器件應(yīng)取多大的值1 D1需要10mA左右電流才可很好的穩(wěn)壓，基極分掉一部分電流（微安級(jí)），所以流過(guò)R3支

7、路總電流必須10mA以上。R3上電壓Vr3=12-6.8=5.2V 5.2V/470=11mA；所以取470歐電阻能夠滿足要求2 接下去計(jì)算基極電流；電阻R1+三極管發(fā)射極一起與ZD1并聯(lián)，電壓也為6.8V，所以加到R1上的電壓Vr1=6.8-0.7=6.1V 取20K電阻，Ib=6.1/20k=305uA電流，幾百微安電流應(yīng)該足以使三極管進(jìn)入飽和狀態(tài)了3 11mA總電流 - 基極電流=1100uA-305uA=10.7mA這個(gè)電流全部都加到ZD1穩(wěn)壓管上，不會(huì)超過(guò)它的最大穩(wěn)壓電流，因此也是符合要求的。4 因?yàn)閁ce不計(jì)，發(fā)光二極管導(dǎo)通電壓2V左右，所以電阻R2電壓Vr2=3.3V-2=1.3

8、V/R2 = (520mA)；我們?nèi)?00歐得1.3V/200=6.5mA，在5-20mA之間，因此是滿足要求的。至些，電路設(shè)計(jì)完畢。注：有些電路中用三極管驅(qū)動(dòng)LED，而不直接用IO口驅(qū)動(dòng)，是因?yàn)镮O驅(qū)動(dòng)能力有限，能使用三極管，可以通過(guò)基極小電流控制集電極大電流輸出。1.2.3 鉗位二極管這里V1輸入電壓在實(shí)際應(yīng)用中可能是寬壓，比如5-36V都可以，5V以下算掉電處理，10V以下做低壓處理，30V以上做高壓處理。變化的電壓通過(guò)MCU IO Check引腳，通過(guò)AD采集可以對(duì)相應(yīng)電壓作處理，比如低壓報(bào)警，掉電報(bào)警，高壓報(bào)警。兩個(gè)二極管做鉗位用，當(dāng)電壓很高時(shí)，它相應(yīng)的電流也就越大，只要電流不超過(guò)它

9、的最大電流，兩二極管上的電壓始終能保持在0.7+0.7=1.4V左右，電阻R1與D1/D4并聯(lián)，那么它上的電壓與兩串聯(lián)二極管電壓是一樣的，也即MUC IO口電壓，其電壓最大不會(huì)超過(guò)1.4V，因此保護(hù)了IO口不被高壓損壞。IO口實(shí)際電壓計(jì)算方式: V= 1K/(20K+1K) *V1 = (1/20)*V1，按這個(gè)式了計(jì)算，當(dāng)IO口達(dá)到最大電壓1.4V時(shí)，輸入電壓V1=20*1.4=29.4V。也就是說(shuō)，當(dāng)電壓大于29.4V時(shí)，單片機(jī)IO口的電壓由于兩個(gè)二極管的鉗位作用，使它的電壓穩(wěn)定在1.4V左右不變，如果不加的話，該點(diǎn)電壓仍會(huì)隨外部電壓的增加而升高導(dǎo)致IO口燒壞。這里電阻R3起了很關(guān)鍵的作用

10、。通過(guò)調(diào)節(jié)R3的大小，可以控制IO口檢測(cè)電壓的范圍。比如將電阻增大到47K，那么IO口實(shí)際電壓V=1/(47+1)*V1，V最大值仍為1.4V，那么可檢測(cè)到的變化輸入電壓范圍為V1=1.4*48=67.2V，也就是說(shuō)，輸入電壓在0-67.2V之間變化，在IO口都能檢測(cè)到相應(yīng)的變化的AD值與之對(duì)應(yīng)。而前面一種，當(dāng)電壓>30V，采樣到的AD值是差不多一樣的，比如你需要在超過(guò)36V時(shí)報(bào)高壓警報(bào)，前面一種你就做不到了，因?yàn)樽畲驛D值可能對(duì)應(yīng)的是32V，也可能是36V，或更高，而48K電阻的話就完全可以做到了。二極管起了鉗位作用，兩個(gè)二極管使IO電壓保持在1.4V，三個(gè)二極管使之保持在2.1V，選

11、擇0.2V的鍺管或0.6V的硅管按理應(yīng)該是都可以的，用硅管時(shí)，當(dāng)輸入電壓低時(shí)，會(huì)出現(xiàn)不導(dǎo)通的狀態(tài)，此時(shí)出了兩個(gè)電阻分壓的情況，但并不影響整體的功能。當(dāng)電壓升高到一定的時(shí)候，二極管導(dǎo)通，它的鉗位功能就體現(xiàn)出來(lái)了第二章 三極管2.1 BJT開(kāi)關(guān)電路我們?cè)O(shè)計(jì)一個(gè)三極管開(kāi)關(guān)電路，控制發(fā)光二極管亮滅?；鶚O為控制極，3.3V電壓為單片機(jī)控制口，當(dāng)高電平時(shí)輸出3.3V，點(diǎn)亮LED，低電平時(shí)輸出0V，熄滅LED。該電路能用于實(shí)際當(dāng)中。為何選擇射極輸出，而不用常用的集電極輸出，在這里是為了用射極輸出時(shí)，LED可以外接，而不在板級(jí)電路中。當(dāng)需要使用時(shí)將正極接入電路，負(fù)極接地即可。為了使單片機(jī)沒(méi)有輸出時(shí)，確保三極管

12、不導(dǎo)通，基極下拉一個(gè)比較大的電阻是用必要的，大電阻不會(huì)分得很多電流，不影響電路性能，又能保證基極沒(méi)輸入時(shí)電壓為0。我們的設(shè)計(jì)目標(biāo)是讓LED點(diǎn)亮，它需要5-20mA電流，我們選擇6mA左右的設(shè)計(jì)電流。有了以上條件，我們來(lái)計(jì)算各元器件參數(shù):（假設(shè)LED導(dǎo)通電壓2V, BJT基極導(dǎo)通電壓0.6V）1) 基極下拉電阻一般選10K以上電阻，這里用的100K，其與LED和發(fā)射極一起并聯(lián)，其上電壓等于LED導(dǎo)通時(shí)電壓與發(fā)射結(jié)導(dǎo)通時(shí)電壓之和2+0.6V=2.6V，因此其上的電流Ir3=2.6/100K=26uA2) 因?yàn)橐孡ED發(fā)光，我們?cè)O(shè)計(jì)的發(fā)射極目標(biāo)電流為6mA。三極管設(shè)計(jì)目標(biāo)也是工作在飽和區(qū)，既然是在

13、飽和區(qū)，那么有一個(gè)條件就非常重要了，也是判斷三極管工作狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)，即Uce接近于0時(shí)，三極管才飽和。由于基極電流比集電極和發(fā)射電流比起要小很多，飽和時(shí)一般認(rèn)為集電極電流和發(fā)射極電流相近，基極電流為它們的1/10或1/20，這里取發(fā)射極電流的1/20作用基極電流，即6mA*(1/20)=300uA，所以基極電阻R1=3.3-(2+0.7)/0.3mA=2K3) 集電極電流約等于發(fā)射極電流，所以集電極電阻R=5-Uce-Uled/6mA=5-0-2/6mA=500實(shí)際仿真結(jié)果如下圖，與我們計(jì)算的結(jié)果差不多！2.2 光控電路這里發(fā)光二極管壓降1.4V，三極管壓降0.7(1) 這里用一個(gè)200K電位器

14、代替光敏電阻模型; 實(shí)際光敏電阻亮電阻為10K-20K，暗電阻為0.5M以內(nèi)(2) 當(dāng)有光照時(shí)，光敏電阻變小，因?yàn)榛鶚O電流可忽略，可看成R1,R3串聯(lián)，由于R1電阻比較大，那么所分得的電壓就升高；同時(shí)R1/R3支路由于電阻減小，電流就增大，那么與該支路并聯(lián)的發(fā)光二極管支路電流就減小，當(dāng)小到二極管的導(dǎo)通電流時(shí)，二極管就熄滅；相反，當(dāng)無(wú)光照R3增大時(shí)，R1,R3支路電流減小，則發(fā)光二極管支路電流增大，當(dāng)電流大小大于發(fā)光二極管電流時(shí)，二極管點(diǎn)亮(3) 三極管發(fā)射極正偏，集電極反偏，則它一直處于電流放大狀態(tài)(4) 若基極不加下拉電阻R1，則任意改便R2,R3的值，LED都將不會(huì)被點(diǎn)亮。因?yàn)樵谌龢O管未導(dǎo)

15、通時(shí)，R3支路沒(méi)有電流回路(三極管隔離)，那么該支路就沒(méi)有電流，基極電壓Vb=VCC=6V,所以發(fā)射極電壓經(jīng)過(guò)LED和電阻降壓后的電壓不可能再大于基極電壓0.7V，即發(fā)射結(jié)不可能導(dǎo)通，即三極管不可能導(dǎo)通。加下拉電阻后，有了電流回路，三極管沒(méi)導(dǎo)通時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)三個(gè)電阻可以將基極電位調(diào)節(jié)到小于發(fā)射結(jié)電位，以致使發(fā)射結(jié)導(dǎo)通到地，使發(fā)光二極管發(fā)光。如下圖所示(5) 基極電流方向:向左；由發(fā)射級(jí)向基極與集電極流動(dòng)；且高電位向低電位流動(dòng)2.3 共發(fā)射極放大電路(1) 帶發(fā)射極負(fù)反饋電阻的放大電路設(shè)計(jì)目標(biāo)：將一個(gè)0.1V交流輸入信號(hào)，進(jìn)行4倍放大，電源電壓6V，輸入信號(hào)頻率20hz20khz設(shè)計(jì)步驟：1 確定

16、發(fā)射級(jí)電壓：發(fā)射極電阻R3起到一個(gè)負(fù)反饋?zhàn)饔?，具體反饋過(guò)程為T+ => Ie+ => Ic+ => VR2=IcR2+ => Vc=Vcc-VR2- => Ic-; 為了在任何溫度影響下，Vbe都有一個(gè)正向壓降，這里至少需Ve=12V, 相當(dāng)于給基極加上一個(gè)補(bǔ)償電壓（后面我們會(huì)講到用二極管提供基極補(bǔ)償電壓這一應(yīng)用）我們這里取1V；小信號(hào)三極管電流一般在0.1毫安到數(shù)毫安，我們這里取1Ma; 因而我們可以得到發(fā)射極反饋電阻R3=Ve/Ie=1V/1ma=1k注1: 溫度補(bǔ)償:總體上看，無(wú)論是由溫度依賴性(大約-2mV/C，溫度每升高30C，集電極電流增加10倍)還是

17、由Vce的依賴性-Early效應(yīng)所引起的Vbe可變性，其影響均可用下述方法降到最低: 選取足夠大的發(fā)射極電壓(比如說(shuō)至少1V)，以使幾十毫伏的Vbe變化不會(huì)導(dǎo)致發(fā)射極電壓電阻兩端電壓的大變化(記住，基極電壓是靠我們?cè)O(shè)計(jì)的電路保持不變的，它與溫度變化的關(guān)系不大)。例如，選取Ve=0.1V對(duì)于Vbe=10mV的變化，這將引起10%的輸出電流變化量；而選取Ve=1V，對(duì)于相同的Vbe變化，則只會(huì)引起1%的輸出電流變化量（Ve = Vb - Vbe, Vb隨溫度看成保持不變，那么Vb越大，Vbe變化就對(duì)Vb的影響就越可以忽略，所以選擇比較高的Ve/Vb可以降低Vbe變化對(duì)輸出電流的影響）。此外還需要記

18、住，輸出適用范圍的最低限度是由發(fā)射極電壓設(shè)定的( 集電極最低輸出電壓由發(fā)射極決定 )。2 依題要求放大倍數(shù)為4，該電路放大倍數(shù)B=Rc/Re=R2/R3=4; R3=1K => R2=4K; 所以集電極電壓Vc=Vcc-IcR2=Vcc-IeR2=6V-1*4K=2V(集電極直流偏置電位)。由輸入交流信號(hào)0.1V(有效值)，放大倍數(shù)為4倍，所以放大后最高幅度為0.4V（有效值，實(shí)際值還要剩上根號(hào)2=1.414），加上直流分量2V(集電極電壓Vc)為2V+/-0.4V=(1.6V2.4V),最小電壓在發(fā)射極電壓1V以上，不會(huì)出現(xiàn)波形下部被截?cái)喱F(xiàn)象，最高電壓在電源電壓6V以下，不會(huì)出現(xiàn)波形上

19、部截?cái)喱F(xiàn)象，所以該集電極電壓取值是可取的(下限:變化范圍:1V; 上限:變化范圍:4V)。當(dāng)輸入幅值增加，如0.3V，那么4倍放大后，最低電壓幅值為0.3*4=1.2V(越下限0.2V),下部將被截去0.2V，如下圖注2: 交流信號(hào)放大倍數(shù)計(jì)算ie = Ve/Re; 由于基極發(fā)射極導(dǎo)通的情況下，交流信號(hào)是從基極直接出現(xiàn)在發(fā)射極的（僅直流電位下降0.6V）。所以Ve=Vi; 即ie = Vi/Re；又由于ie = ic = Vc/Rc=> Vi/Re = Vc/Rc; 由于交流信號(hào)經(jīng)輸出去耦電容的作用濾除了直流信號(hào)，所以Vc等于Vo成立，所以也有 Vi/Re = Vo/Rc => V

20、o/Vi = Rc/Re成立! 即交流放大倍數(shù)為=Rc/Re3 集電極發(fā)射極壓降Vce=Vc-Ve=2V-1V=1V, 所以集電極-發(fā)射極功耗Pm=Ic*Vce=1Ma*1V=1mW；集電極允許功耗與溫度有極大的關(guān)系，溫度升高，集電極允許的功耗將降低，當(dāng)功耗降低到Pm時(shí)，即為三極管工作的最高溫度，溫度再升高將燒壞管子。4 確定基極電流：取放大倍數(shù)hFE=200,由于Ic=1ma,所以Ib=Ic/Hfe=1ma/200=5uA,流過(guò)基極偏置電路的電流有必要超過(guò)基極電流10倍以上，以使基極電流能夠被忽略，這們我們?nèi)?5uA5 計(jì)算基極偏置下電阻R1: R1上的電壓與基極電壓相同為1+0.7V=1.

21、7V，所以R1=U/75uA=1.7V/75uA=22.6K,我們這里取23K6 計(jì)算基極上偏置電阻R4, R4=(Vcc-1.7V)/75uA=4.3/75=57K我們也可以用其它方法重新計(jì)算步驟4/5/6: 計(jì)算基極偏置電阻有一個(gè)黃金原則: R1/R4 << hFE*Re ( 直流偏置阻抗-從分壓器看進(jìn)去的阻抗比它的負(fù)載阻抗-從射極跟隨器基極看進(jìn)去的阻抗)要小得多，這樣就可以使偏置電路承擔(dān)大部分電流，使基極電流足夠小，可以忽略Hfe*Re = 200*1k=200K =>R1/R4=200*(1/10)=20K (1/10認(rèn)為遠(yuǎn)小于)由于Ie可以忽略，那么認(rèn)為經(jīng)過(guò)分壓電阻

22、R1/R4上的電流相等，則其電阻之比=電壓之比=>R4/R1=Ur4/Ur1=(6-1.6)/1.6=2.75 由上面兩式可得R4 = 75K R1 = 27K; 這樣計(jì)算出的結(jié)果也是適何的。7 輸入耦合電容與輸出去耦電容設(shè)計(jì)C1看起來(lái)是與負(fù)載阻抗一起構(gòu)成一個(gè)高通濾波器。從分壓器看進(jìn)去的阻抗=R1/R4=57K/23K=16K從基極看進(jìn)去的阻抗= hFE*RE = 200*1K因此輸入耦合電容看起來(lái)得到一個(gè)16K/200K=15K的負(fù)載。所以，C1 = 1/2*f* Ro = 1/2*3.14*20hz*15K = 0.5uF，所以該電容至少為0.5uF,才能保證我們感興趣的20hz頻率

23、點(diǎn)可以正常通過(guò)C2與未知的負(fù)載阻抗一起組成高通濾波器。假設(shè)該負(fù)載阻抗不小于Re，才該電容C2=1/2*f* Ro=1/2*3.14*20*1K=8uF，所以C2至少8uF以上，才能保證我們的20hz頻率點(diǎn)正常通過(guò)。由于經(jīng)過(guò)了兩級(jí)濾波，所以我們有必要將電容加大，以防止最低頻率不被濾掉，這里取C1=1uF, C2=10uF是一種比較好的選擇C3,C4為電源去耦電容和旁路電容）由圖可知假設(shè)值與實(shí)際測(cè)量值還是差不太多的2.4 主電/電池切換供電電路該電路是當(dāng)主電源V1,與經(jīng)主電降壓后的Main_7V電壓斷開(kāi)時(shí)，電池BAT通過(guò)MOS管切換，供給輸出Vout以電池電壓的應(yīng)用電路。電池BAT處可接上如SE9

24、016等電池充電IC給電池充電，即可完整的應(yīng)用于主電丟失時(shí)由電池供電的電路當(dāng)中。下面講下它的工作原理。1） 當(dāng)主電12V供電時(shí)，三極管Q1導(dǎo)通，集電極接地，因此Q2截止。BAT的電壓可以通過(guò)Q8這個(gè)PMOS直通下來(lái)（PMOS的體二極管作用，使得它從D->S可以直通。NMOS則相反S->D直通）。由于三極管Q2不導(dǎo)通，MOS管到地沒(méi)有通路，所以沒(méi)電流，R2二端電壓相等，即PMOS Q8的Vs=Vg; 就由于PMOS Q6的S極與G極均和Q8的S/G相接，所以有Q6的Vs=Vg,即Q6不導(dǎo)通，所以在主電供電時(shí)，就算BAT接上，也不會(huì)影響到V1除壓后的電源Main_7V對(duì)負(fù)載的供電。2）

25、 當(dāng)主電斷開(kāi)時(shí)，Q1立即截止。Main_7V是經(jīng)穩(wěn)壓IC穩(wěn)壓后的值，其輸出端有電感（請(qǐng)參考LM7805等降壓電路）所以當(dāng)主電掉電時(shí)，該電源不會(huì)馬上掉下去，所以該支路首先會(huì)通過(guò)R1->R5->C1->GND支路給電容充電。這里需要電感的阻礙作用能滿足電容電壓充電到0.6V使三極管Q2導(dǎo)通,所以要合適的選擇電容。Q2導(dǎo)通后，PMOS Q8的G/S就有了壓差，Vs>Vg，所以也有PMOS Q6的Vs>Vg，因此Q6導(dǎo)通，輸出BAT電壓給負(fù)載Vout，同時(shí)也經(jīng)過(guò)R1->R5->C1->GND給電容充電，繼而使三極管Q2導(dǎo)通，此時(shí)就算Main_7V就完全丟

26、失，Q2也能保持導(dǎo)通狀態(tài)了，達(dá)到一個(gè)穩(wěn)態(tài)，電池電壓BAT從而輸出給了負(fù)載Vout2.5 射極跟隨器2.5.1 帶發(fā)射極電阻的射極跟隨器 (圖見(jiàn): 帶發(fā)射極電阻的射極跟隨器.ms10)設(shè)計(jì)要求：最大輸出電壓5Vpp; 最大輸出電流+/-2.5mA(1K負(fù)載)（輸入為1K，5Vpp正弦波）1) 先設(shè)計(jì)無(wú)輸入信號(hào)時(shí)靜態(tài)工作點(diǎn)?；鶚O電選為VCC的中點(diǎn)6V，這樣能保證輸入交流信號(hào)時(shí)，上下有相等大的波動(dòng)范圍，減小上下截取失真的可能。只要波形的上下最高幅度不超出12V/0V，取中點(diǎn)也不是必需的。Ve = Vb-0.6=5.4V; 依題可知最大輸出電流需2.5mA，這里我們需要將實(shí)際電流比設(shè)計(jì)電流要取大些。因

27、為帶發(fā)射極的射極跟隨器有一個(gè)很重要的缺陷就是接小負(fù)載時(shí)，輸出波形的負(fù)側(cè)被截去。具體理由后述。這里我們?nèi)?0mA。因此可得到發(fā)射極電阻R3=5.4V/10mA = 540歐，我們?nèi)〕Ｓ秒娮?60歐。設(shè)計(jì)基極分壓電阻:設(shè)三極管放大倍數(shù)為200.則基極電流為Ie/200=10mA/200=50uA應(yīng)使分壓電路電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于基極電流，以使基極電流可以不計(jì)，>10倍可認(rèn)為遠(yuǎn)大于，所以取0.5mA.。所以分壓總電阻R=12V/0.5mA=24K, 又由于基極電壓取VCC/2，所以分壓電阻R1=R2=12K，我們這里取常用的10K，總電流=12V/10K+10K=600uA >> Ib=50

28、uA,是滿足要求的。注意射極跟隨器沒(méi)有集電極電阻，因?yàn)闆](méi)有從集電極取出信號(hào)，所以沒(méi)有必要在集電極上接入電阻。雖然接入電阻也能進(jìn)行工作，但由集電極電流產(chǎn)生的壓降都變成了損耗，故而取消集電極電阻。無(wú)信號(hào)時(shí)晶體管集電極損耗為Pc=Vce*Ic=(12-(6-0.6)*10mA=66mV。所以選取晶體管時(shí)要選額定Pc大于該值的晶體管。由于集電極允許的損耗隨溫度的上升有很大的下降，至于在多高的溫度下，晶體管能正常工作，即集電極損耗大于66mV，需看相應(yīng)晶體管容許集電極損耗與環(huán)境溫度曲線圖確定。注意，在攻率晶體管中，經(jīng)常是以安裝散熱器為前提的。確定電容C1/C2：C1,C2是切斷直流的電容。在這里我們?nèi)?

29、0uF。因此，C1與偏置電路和電阻部分形成高通濾波器，其截止頻率fc1=1/2*C*R=1/2*10uF*5K3.2hz當(dāng)接有1K負(fù)載時(shí)，與C2形成的高通濾波器截止頻率fc2=1/2*C*R=1/2*10uF*1K=16hz注：fc1中的電阻R為R1，R2并聯(lián)后的總電阻，與C1一起構(gòu)成高通濾波器。2) 接入5Vpp，1Khz小信號(hào)，接入可調(diào)負(fù)載，結(jié)果如下圖(圖見(jiàn): 帶發(fā)射極電阻的射極跟隨器.ms10) 從輸入看，視波器XSC2的綠色波形為經(jīng)C1，加入基極偏置后的波形。正如我們所設(shè)計(jì)的，其偏置電壓在6V左右。由于三極管本射的大輸入阻抗與分壓電阻R1并聯(lián)后電阻減小，所以分得的電壓也有所減小，即會(huì)稍

30、小于6V，由前一圖可知為5.89V從輸出看，波形的下側(cè)明顯被截去，其波形的最大幅度只有5V，而我們12V的電壓，上下均預(yù)留了6V的波動(dòng)范圍，為何還會(huì)被截去呢？我們?cè)囍鴮⒖烧{(diào)負(fù)載電阻加大，加大后可明顯看到波形明顯改善，消除了截?cái)喱F(xiàn)象。這種帶發(fā)射極電阻的射極跟隨電路在驅(qū)動(dòng)低阻抗的負(fù)載一個(gè)很明顯的缺點(diǎn)。當(dāng)交流地看這個(gè)電路時(shí)，假設(shè)R5=560，則Re與R5并聯(lián)，其壓降不能在Ic*R并=10mA*(560/560)=2.8V以下，該電壓以下就會(huì)被截?cái)?。?dāng)負(fù)載越大時(shí)，并聯(lián)后的總電阻就越接近Re，其壓降范圍就越接近Ic*Re，即無(wú)小信號(hào)時(shí)的發(fā)射極電壓，允許的電壓變化也就越寬。前面我們提到的取比設(shè)計(jì)輸出電流稍

31、大的值，目標(biāo)是2.5mA，而我們?nèi)?0mA,也是這個(gè)原因，取大電流可以使Ic*R增大，即變化范圍加寬，減小出現(xiàn)負(fù)側(cè)截?cái)喱F(xiàn)象。當(dāng)然增大了電流，也增大了靜態(tài)損耗，無(wú)信號(hào)時(shí)靜態(tài)損耗大也是帶發(fā)射極電阻的射極跟隨器的缺點(diǎn)。 2.5.2 共射放大電路+射極跟隨器輸出該組合電路很常用于驅(qū)動(dòng)低阻抗負(fù)載。共射極放大器作為前級(jí)電壓放大，放大音頻信號(hào)幅度，后級(jí)采用射極跟隨器輸出，減小輸出阻抗。如果單用共射放大電路的集電極驅(qū)動(dòng)，由于共輸出阻抗高（近似等于集電極電阻，遠(yuǎn)大于負(fù)載阻抗），是不能驅(qū)動(dòng)這樣低阻抗的負(fù)載的（注：帶發(fā)射極電阻的射極跟隨器仍存在上面提到的接低阻抗負(fù)載，輸出波形負(fù)側(cè)被截去的問(wèn)題，只是相對(duì)共發(fā)射極的集電

32、阻輸出而言，輸出阻抗要低得多）。先上設(shè)計(jì)圖：設(shè)計(jì)要求：同2.5.2設(shè)計(jì)步驟：1：確定前級(jí)Q1共發(fā)射極放大電路發(fā)射極電壓：前面已經(jīng)講過(guò)，為了減小溫度對(duì)Ic的影響，Ve的電壓至少為12V（太小則溫度對(duì)Vbe影響太大，不穩(wěn)定；太大則影響放大倍數(shù)和減小波形波動(dòng)范圍）。這里我們?nèi)?V。2：確定發(fā)射極電流。這里我們?nèi)?mA.。發(fā)射極/集電極對(duì)于小信號(hào)管，電流一般圍mA級(jí)?；鶚O電流一般圍uA級(jí)。不能取太大，太大增加了三極管靜態(tài)功率，使晶體管發(fā)熱，引發(fā)更嚴(yán)重的熱穩(wěn)定性問(wèn)題。3：從以上兩個(gè)條件可以得到發(fā)射極電阻Re = 1v/2ma=500。這里我們用常用的5704：確定集電極電壓：為了波形上下有均等的波動(dòng)范圍

33、（這樣可獲得最大振幅，在保證上下最大振幅不超出最高12V/最低1V截止電壓情況下，也可不這樣做）。這里我們?nèi)烧叩闹悬c(diǎn)（1+12）/2=6.5V，1Vpp經(jīng)5倍放大為5V，上下均不會(huì)超過(guò)5.5V(6.5+5.5=12V; 6.5-5.5=1V)。5：確定集電極電阻：交流放大倍數(shù)Av = Rc/Re => Rc/570 = 5 => Rc=2.85K，這里我們?nèi)〕Ｓ玫?.7K或3K。3K: 稍增加了交流放大倍數(shù)Av=3K/570=5.3。集電極電流Ic稍>1.75mA，電阻Rc上壓降Urc>1.75*3K=5.25V，估計(jì)會(huì)差不多滿足要求，可能也稍會(huì)有點(diǎn)點(diǎn)波形截去。在實(shí)際

34、中這也是可以接受的。因?yàn)槿龢O管本身?yè)p耗，加上發(fā)射極壓降等原因，實(shí)際放大倍數(shù)設(shè)計(jì)得比理想放大倍數(shù)要稍大一些才好。2.7K：降低了放大倍數(shù)，減小了波形截取失真的可能。電路點(diǎn)評(píng)：1） 試著在R3兩端接入一個(gè)電容，從波形可以看成交流放大倍數(shù)明顯增大。Av=3K/100=30。這里有時(shí)候是增大交流增益的一個(gè)簡(jiǎn)單有效的方法。增益增大了，但輸入正弦波，輸出怎么成了方波了呢？這是因?yàn)樵鲆嫣?，正弦波上下都被截去的原因。其?shí)這也是OP放大器（運(yùn)放）的波形成形原理。后面陸續(xù)會(huì)講到。2） 改變負(fù)載R7的值。R7接近或小于射極跟隨器發(fā)射極電阻時(shí)，波形下側(cè)仍有很大的截取失真。這是帶發(fā)射極電阻的射極跟隨器的一個(gè)很明顯的特

35、性。2.5.3 推挽型射極跟隨器 將發(fā)射極電阻改成PNP晶體管的射極跟隨器，相對(duì)于帶發(fā)射極電阻的射極跟隨器有以下提高：1） 沒(méi)有小信號(hào)輸入時(shí)，兩個(gè)晶體管均截止，所以空載電流為0,它有晶體管不發(fā)熱的優(yōu)點(diǎn)。2） 小負(fù)載阻抗負(fù)載，如100，輸入5Vpp峰峰值電壓，最大輸出電流=(6-0.6)+5v=10.4v/100 = 104mA，即至少取幾十mA的大電流，該電路也不會(huì)出現(xiàn)截止失真。（如果負(fù)載太小，三極管提供不了那么大的電流，如1A，波形同樣會(huì)有嚴(yán)重失真）2.5.4 改進(jìn)型推挽型射極跟隨器 上面的電路有一個(gè)很明顯的缺點(diǎn)（上圖圈起部分）：由于兩個(gè)晶體管的基極是接在一起的，所以基極電位是相同的。輸入信

36、號(hào)在0V附近，基極-發(fā)射極間沒(méi)有電位差，沒(méi)有基極電流的流動(dòng)。也就是說(shuō)，晶體管雙方都截止。所以，在波形的中央部分就產(chǎn)生了+/-0.6V的盲區(qū)。增加兩個(gè)二極管進(jìn)行補(bǔ)償后，抵消了兩個(gè)晶體管的基極-發(fā)極極間的電壓Vbe(基極-發(fā)射極間的二極管為ON-OFF的交界狀態(tài))。所以可以認(rèn)為，晶體管的空載電流幾乎為0。因此無(wú)信號(hào)時(shí)，也沒(méi)有晶體管發(fā)熱問(wèn)題。2.5.5 使用恒流負(fù)載的射極跟隨器 下面再介紹一種射極跟隨器組合電路，它也能消除帶電阻的射極跟隨器易失真的缺點(diǎn)，它就是恒流負(fù)載射極跟隨器。首先解釋一下什么是恒流負(fù)載。所謂負(fù)載，就是接到輸出級(jí)上的，射極跟隨器的輸出級(jí)是發(fā)射極，所以負(fù)載必是接到發(fā)射極的；三極管這種

37、元器件是有源的，所以又叫做有源負(fù)載。而恒流，就是說(shuō)負(fù)載的電流不隨著負(fù)載大小的變化而變化，在一定范圍內(nèi)保持恒定不變的值。先上設(shè)計(jì)圖：了解了以上信息以后，我們就可以開(kāi)如設(shè)計(jì)電路了。我們都知道，三極管處于放大區(qū)時(shí)，輸出是恒流的，也就是說(shuō)，輸出電流Ic只與基極電流Ib有關(guān)，Ic = Ib;與Uce的大小基本無(wú)關(guān)，處于該區(qū)域內(nèi)，不管Uce怎么變化，輸出電流Ic都可以保持在恒定的范圍內(nèi)。下面是三極管的輸出特性曲線圖：我們可以把Uce的變化看成一個(gè)交流小信號(hào)，如一個(gè)電壓變化的正弦波信號(hào)，如果這個(gè)正弦波的上下峰峰值均處于三極管的放大區(qū)，那么我們可以很肯定的得到，就算有該小信號(hào)的加入，其輸出電流也是保持恒定不變

38、的。所以，要構(gòu)成恒流負(fù)載，我們就想到在射極跟隨器的發(fā)射極再加入一個(gè)三極管偏置電路，只要保證其始終工作在放大狀態(tài)，則其集電極輸出電流，也即射極跟隨器的發(fā)射極電流，始終也可以保持在恒定狀態(tài)。我們先求下面那個(gè)三極管恒流負(fù)載Q2的各個(gè)參數(shù)：前面講了，要保持溫度穩(wěn)定性，發(fā)射極電壓應(yīng)設(shè)在至少為12V（太高則輸入小信號(hào)的波動(dòng)范圍減小，太低則溫度不穩(wěn)定性）。我們這里取2V。假設(shè)我們負(fù)載最大輸出需10mA，則Q2發(fā)射極電阻R52V/10mA=200?；鶚O電壓Vb2=Ve2+0.6=2.6V，設(shè)三極管放大倍數(shù)為100，為了基極電流能忽略，則取偏置電路電流I2=Ie/10=1mA。所以下偏置電阻R4=Vb2/I2=2.6/1=2.6K，我們?nèi)24電阻R4=2.7K。電源電壓為15V，則上偏置電阻R3電壓Ur3=15V-2.6V=12.4v，所以R3=12.4V/I2=12.4V/1mA=