一、共發(fā)射極放大電路基礎(chǔ)
最常見的小信號放大電路之一是共發(fā)射極放大電路。
在這種電路中，輸入信號被施加到基極，輸出信號從集電極取出，而發(fā)射極作為公共端接地。以一個(gè)典型的應(yīng)用場景為例：當(dāng)在輸入端施加一個(gè)頻率為1kHz、峰值為1V的正弦波信號時(shí)，若電路正常工作，我們可以在輸出端通過示波器觀測到峰值為5V的信號，這表明該電路成功地將輸入信號放大了5倍。這種放大的程度通常用放大倍數(shù)AV表示，其計(jì)算公式為AV=V0/Vi，其中V0代表輸出信號的幅度，Vi代表輸入信號的幅度。
在這種電路中，輸入信號被施加到基極，輸出信號從集電極取出，而發(fā)射極作為公共端接地。以一個(gè)典型的應(yīng)用場景為例：當(dāng)在輸入端施加一個(gè)頻率為1kHz、峰值為1V的正弦波信號時(shí)，若電路正常工作，我們可以在輸出端通過示波器觀測到峰值為5V的信號，這表明該電路成功地將輸入信號放大了5倍。這種放大的程度通常用放大倍數(shù)AV表示，其計(jì)算公式為AV=V0/Vi，其中V0代表輸出信號的幅度，Vi代表輸入信號的幅度。
二、低頻小信號共射放大電路分析
對于低頻小信號共射放大電路，其分析方法常借助疊加定理。該電路包含一個(gè)低頻交流小信號電壓源uS和一個(gè)直流電壓源+UCC。
具體分析過程如下：
首先，讓+UCC電壓源單獨(dú)作用，此時(shí)將uS短路。此步驟旨在分析直流電源對電路靜態(tài)工作點(diǎn)的影響，確定電路在無交流信號輸入時(shí)的偏置狀態(tài)，為后續(xù)交流信號的放大提供合適的起始條件。
接著，讓uS電壓源單獨(dú)作用，而將+UCC短路。這一步驟用于研究交流信號在電路中的傳輸與放大特性，重點(diǎn)關(guān)注電路對交流信號的響應(yīng)能力以及可能存在的相位變化等情況。
最后，將上述兩種情況下得到的電壓和電流分別進(jìn)行疊加，得到電路在同時(shí)存在直流電源和交流信號時(shí)的實(shí)際工作狀態(tài)。這一步驟綜合考慮了直流偏置和交流信號的共同作用，能夠全面反映電路的實(shí)際運(yùn)行情況，為后續(xù)的性能評估和優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。
三、小信號交流放大器設(shè)計(jì)實(shí)例
一個(gè)設(shè)計(jì)精巧的小信號交流放大器電路示例采用NIV7015CMOS運(yùn)算放大器，能夠在單電源供電且電源電壓低至1V的條件下正常工作。這種運(yùn)放屬于滿擺幅運(yùn)放，具有出色的輸出性能。在設(shè)計(jì)過程中，盡管數(shù)據(jù)手冊未直接提供電源電壓為1V時(shí)的詳細(xì)參數(shù)，但可以參考同相輸入電壓VICM=0V-0.5V，以及最大輸出電壓幅度VOM1=VDD-0.1V、VOM2=VSS+0.1V來進(jìn)行合理的電路設(shè)計(jì)。
在一般的滿擺幅輸出運(yùn)放應(yīng)用中，將偏置電壓設(shè)置為VCC/2或VDD/2是常見的做法。然而，在本電路中，若采用VDD/2作為偏置電壓，會(huì)導(dǎo)致輸出信號的正負(fù)半周動(dòng)態(tài)范圍嚴(yán)重不對稱，正半周很容易出現(xiàn)限幅失真，影響信號的質(zhì)量和放大效果。
為解決這一問題，對輸入端的直流偏壓進(jìn)行了精確調(diào)整。具體方法是利用電阻R2和R8進(jìn)行分壓，將輸入的直流偏置電壓設(shè)定為電源電壓VDD的四分之一。然后，經(jīng)過R6將該直流偏壓送入同相放大電路的同相輸入端。同時(shí)，將運(yùn)放的直流放大倍數(shù)設(shè)定為以地為基準(zhǔn)的兩倍，這樣輸出端的直流輸出電壓就被穩(wěn)定在電源電壓VDD的二分之一，為交流信號的疊加提供了合適的直流偏置條件。
對于交流增益的設(shè)定，若同時(shí)將交流放大倍數(shù)設(shè)定為兩倍，則會(huì)導(dǎo)致交流增益過小，無法滿足放大需求。因此，在電路中創(chuàng)新性地將設(shè)定放大器增益的電阻分為R1和R3兩部分，并在R3兩端并聯(lián)一個(gè)1μF的交流旁路電解電容器。這種設(shè)計(jì)使得放大器的直流增益和交流增益可以被分別設(shè)定為不同的值。在圖示電路中，交流增益被設(shè)定為5倍，以滿足對小信號的有效放大要求。
四、電路性能參數(shù)
該小信號交流放大器電路的主要性能參數(shù)如下：
輸入阻抗為470kΩ，能夠與多種信號源良好匹配，減小信號源內(nèi)阻對放大效果的影響，保證輸入信號的完整性。
輸出電壓約為1Vpp，滿足一般低電平信號處理的需求，可直接驅(qū)動(dòng)后續(xù)的信號處理電路或負(fù)載。
電源電壓僅為1V，消耗電流為10mA，這使得電路具有較低的功耗，適合在對電源電壓和電流有嚴(yán)格限制的便攜式或低功耗應(yīng)用中使用。
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