CN112152580A - 射极跟随器电路、多级放大器 - Google Patents

射极跟随器电路、多级放大器 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种射极跟随器电路、多级放大器，该射极跟随器电路中第一三极管的发射极分别与第五电阻的一端、负载电路连接，第五电阻的另一端接地，负载电路与输出信号连接；恒流电路中第三电阻的第一端与参考电压源连接，第二端与第四电阻的第一端连接，第四电阻的第二端接地，第二三极管的基极与第三电阻的第二端连接，集电极与第一三极管的发射极连接，发射极与第五电阻连接，通过恒流电路向第五电阻提供恒流信号。本发明通过恒流电路向第一三极管的发射极连接的第五电阻输入恒流信号，避免第一三极管截止，保证了输出信号的波形随输入信号变化，解决了输出信号的波形被部分截去的问题，提高了射极跟随器电路的使用效果。

Description

射极跟随器电路、多级放大器
技术领域
本发明涉及放大器领域，尤其涉及射极跟随器电路、多级放大器。
背景技术
射极跟随器(又称射极输出器，简称射随器或跟随器)是一种共集接法的电路，它从基极输入信号，从射极输出信号。它具有高输入阻抗、低输出阻抗、输入信号与输出信号相位相同的特点。
现有技术中，根据射极跟随器的特点，经常将其应用于需要放大输入电流或放大功率的电路中，但是传统的射极跟随器在负载加重时，会存在输出信号的波形被部分截去问题。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提出射极跟随器电路、多级放大器，在射极跟随器电路中设置恒流电路，通过恒流电路向第一三极管的发射极连接的第五电阻输入恒流信号，避免第一三极管截止，保证了输出信号的波形随输入信号变化，解决了输出信号的波形被部分截去的问题，提高了射极跟随器电路的使用效果。
为解决上述问题，本发明采用的一个技术方案为：一种射极跟随器电路，所述射极跟随器电路包括：第一射极跟随器电路、恒流电路以及参考电压源，所述第一射极跟随器电路包括第一三极管、第五电阻以及负载电路，所述第一三极管的发射极分别与所述第五电阻的一端、所述负载电路连接，所述第五电阻的另一端接地，所述负载电路与输出信号连接；所述恒流电路包括第三电阻、第四电阻、第二三极管，所述第三电阻的第一端与所述参考电压源连接，第二端与所述第四电阻的第一端连接，所述第四电阻的第二端接地，所述第二三极管的基极与所述第三电阻的第二端连接，集电极与所述第一三极管的发射极连接，发射极与所述第五电阻连接，通过所述恒流电路向所述第五电阻提供恒流信号。
进一步地，所述第一射极跟随器电路还包括第一电阻、第二电阻，所述第一电阻的第一端与所述参考电压源连接，第二端与所述第二电阻的第一端连接，所述第二电阻的第二端接地。
进一步地，所述第一三极管的基极与所述第一电阻的第二端连接，集电极与所述参考电压源连接。
进一步地，所述第一射极跟随器电路还包括第一电容，所述第一电容的一端与信号输入端连接、另一端与所述第一三极管的基极连接。
进一步地，所述负载电路还包括第一负载电阻、第二电容，所述第二电容的一端与所述第一三极管的发射极连接，另一端与所述射极跟随器电路的输出信号连接，所述第一负载电阻的一端与所述输出信号连接，另一端接地。
基于相同的发明构思，本发明还提出一种多级放大器，所述多级放大器包括射极跟随器电路，所述射极跟随器电路包括：第一射极跟随器电路、恒流电路以及参考电压源，所述第一射极跟随器电路包括第一三极管、第五电阻以及负载电路，所述第一三极管的发射极分别与所述第五电阻的一端、所述负载电路连接，所述第五电阻的另一端接地；所述恒流电路包括第三电阻、第四电阻、第二三极管，所述第三电阻的第一端与所述参考电压源连接，第二端与所述第四电阻的第一端连接，所述第四电阻的第二端接地，所述第二三极管的基极与所述第三电阻的第二端连接，集电极与所述第一三极管的发射极连接，发射极与所述第五电阻连接，通过所述恒流电路向所述第五电阻提供恒流信号。
进一步地，所述第一射极跟随器电路还包括第一电阻、第二电阻，所述第一电阻的第一端与所述参考电压源连接，第二端与所述第二电阻的第一端连接，所述第二电阻的第二端接地。
进一步地，所述第一三极管的基极与所述第一电阻的第二端连接，集电极与所述参考电压源连接。
进一步地，所述第一射极跟随器电路还包括第一电容，所述第一电容的一端与信号输入端连接、另一端与所述第一三极管的基极连接。
进一步地，所述负载电路还包括第一负载电阻、第二电容，所述第二电容的一端与所述第一三极管的发射极连接，另一端与所述射极跟随器电路的输出信号连接，所述第一负载电阻的一端与所述输出信号连接，另一端接地。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：在射极跟随器电路中设置恒流电路，通过恒流电路向第一三极管的发射极连接的第五电阻输入恒流信号，避免第一三极管截止，保证了输出信号的波形随输入信号变化，解决了输出信号的波形被部分截去的问题，提高了射极跟随器电路的使用效果。
附图说明
图1为本发明射极跟随器电路一实施例的电路图；
图2为传统射极跟随器电路一实施例的电路图；
图3为本发明多级放大器一实施例的结构图。
图中：Vi、输入信号；Vo、输出信号；C1、第一电容；Q1、第一三极管；R1、第一电阻；R2、第二电阻；VCC、参考电压源；R3、第三电阻；Q2、第二三极管；R5、第五电阻；R4、第四电阻；C2、第二电容；RL1、第一负载电阻；VCC1、第一参考电压源；Q11、三极管；RE、发射极电阻；C11、输入电容；RL、负载电阻；C21、负载电容；R11、第一输入电阻；R21、第二输入电阻。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
请参阅图1-2，其中，图1为本发明射极跟随器电路一实施例的电路图；图2为传统射极跟随器电路一实施例的电路图。结合附图1-2对本发明射极跟随器电路作详细说明。
在本实施例中，射极跟随器电路包括：第一射极跟随器电路、恒流电路以及参考电压源VCC，第一射极跟随器电路包括第一三极管Q1、第五电阻R5以及负载电路，第一三极管Q1的发射极分别与第五电阻R5的一端、负载电路连接，第五电阻R5的另一端接地，负载电路与输出信号连接；恒流电路包括第三电阻R3、第四电阻R4、第二三极管Q2，第三电阻R3的第一端与参考电压源VCC连接，第二端与第四电阻R4的第一端连接，第四电阻R4的第二端接地，第二三极管Q2的基极与第三电阻R3的第二端连接，集电极与第一三极管Q1的发射极连接，发射极与第五电阻R5连接，通过恒流电路向第五电阻R5提供恒流信号。
在一个具体的实施例中，第一三极管Q1与第二三极管Q2为NPN三极管，且第一三极管Q1、第二三极管Q2的导通电压Ube＝0.7V。
在本实施例中，参考电压源VCC为直流电压源，电压为15V，第三电阻R3、第四电阻R4的阻值分别为13KΩ、3KΩ。在其他实施例中，参考电压源VCC的电压也可以为其他数值，第三电阻R3和第四电阻R4的阻值也可以根据第二三极管Q2的导通电压和参考电压源VCC的电压进行设置，只需第四电阻R4的第一端的电压大于第二三极管Q2的导通电压即可。
在一个具体的实施例中，第五电阻R5的电阻值为3KΩ。
在本实施例中，第一射极跟随器电路还包括第一电阻R1、第二电阻R2，第一电阻R1的第一端与参考电压源VCC连接，第二端与第二电阻R2的第一端连接，第二电阻R2的第二端接地。
其中，第一三极管Q1的基极与第一电阻R1的第二端连接，集电极与参考电压源VCC连接。
在一个具体的实施例中，第一电阻R1的阻值与第二电阻R2的阻值相等，均为10KΩ。
在本实施例中，第一射极跟随器电路还包括第一电容C1，第一电容C1的一端与输入信号Vi连接、另一端与第一三极管Q1的基极连接。
负载电路还包括第一负载电阻RL1、第二电容C2，第二电容C2的一端与第一三极管Q1的发射极连接，另一端与射极跟随器电路的输出信号连接，第一负载电阻RL1的一端与输出信号Vo连接，另一端接地。
在一个具体的实施例中，第一电容C1和第二电容C2的阻值相等，均为10μF。
下面结合传统射极跟随器电路的工作原理对本发明的射极跟随器电路进行说明。
如图2所示，传统射极跟随器电路的工作原理如下：
1、先不考虑输入信号Vi，第一参考电压源VCC1输入三极管Q11的基极电压可根据第一输入电阻R11、第二输入电阻R21具体算式为：
Figure BDA0002646692790000061
2、此时三极管Q11导通，在三极管Q11导通情况下，发射极电压比基极电压低0.7V，即Ve＝Vb-0.7V＝7.5V-0.7V＝6.8V。
3、根据欧姆定理，可知流过发射极电阻RE的电流为
Figure BDA0002646692790000062
4、理想情况下，三极管Q11导通，Ve＝Vb-0.7V，而Vb与输入信号电压Vi通过输入电容C11耦合，也就是说三极管Q11的发射极电压Ve处的交流成分与输入信号Vi完全相同。
5、但是在电路的负载加重时，假设负载电阻RL降为和发射极电阻RE一样，均为680欧。
6、从交流角度看，针对交流信号，负载电容C21可认为短路，三极管Q11发射极的对地电阻变为发射极电阻RE与负载电阻RL的并联，数值为340欧。
7、随着输入信号Vi的波形向波谷变化，Vb点电压慢慢下降，Ve点电压也慢慢下降。可见负载电容C21的电流方向为通过负载电容C21流向发射极电阻RE。
8、流过发射极电阻RE的电流Ie2为三极管Q11发射极电流Ie1与电容电流Ie’的和。
9、由上述步骤3可知，Vi为零时，第一参考电压源VCC1能提供给发射极电阻RE的电流最大为10mA。而当发射极电阻RE上的10mA电流全部由电容电流Ie’提供时。三极管Q1的发射极电流Ie1将为0，三极管Q1的发射极电流Ie1为0表示三极管Q1将截止，不再工作，Ve＝Vb-0.7V不再成立，也就是说输出信号不再随输入信号变化。最后表现出输出信号的负侧被切去。
结合图1对本发明的射极跟随器电路进行说明。
根据欧姆定律，第二三极管Q2的基极电压为：
Figure BDA0002646692790000071
即第二三极管Q2基极电压的大小输入信号Vi无关。
此时第二三极管Q2导通，第二三极管Q2的发射极电压为：
Ve2＝Vb2-0.7V＝1.3V
第二三极管Q2的发射极电流
Figure BDA0002646692790000072
第二三极管Q2的集电极电流Ic≈Ie＝10mA
参考图2的分析，可知第一三极管Q1的发射极电压Ve＝Vb-0.7V。
而与图1不同的是，第二三极管Q2形成了一个恒流电路，该恒流电路的交流阻抗
Figure BDA0002646692790000073
因为第二三极管Q2组成恒流电路，ΔI为0，可知ΔR＝∞。
也就说，针对第一三极管Q1的发射极考虑交流阻抗，第二电容C2可忽略认为短路，而第二三极管Q2形成的恒流信号使交流阻抗ΔR为正无穷，正无穷ΔR与第一负载电阻RL1并联后形成的等效电阻大小仍为RL，恒流电路源提供的10mA电流可满刻度使用。
通过设置恒流电路的方式解决了在保证效率条件下，传统射级跟随器电路负侧波形被截去问题。
有益效果：本发明的射极跟随器电路在射极跟随器电路中设置恒流电路，通过恒流电路向第一三极管的发射极连接的第五电阻输入恒流信号，避免第一三极管截止，保证了输出信号的波形随输入信号变化，解决了输出信号的波形被部分截去的问题，提高了射极跟随器电路的使用效果。
基于相同的发明构思，本发明还提出一种多级放大器，请参阅图3，图3为本发明多级放大器一实施例的结构图，结合图3对发明的多级放大器进行说明。
在本实施例中，多级放大器包括射极跟随器电路，射极跟随器电路包括：第一射极跟随器电路、恒流电路以及参考电压源，第一射极跟随器电路包括第一三极管、第五电阻以及负载电路，第一三极管的发射极分别与第五电阻的一端、负载电路连接，第五电阻的另一端接地；恒流电路包括第三电阻、第四电阻、第二三极管，第三电阻的第一端与参考电压源连接，第二端与第四电阻的第一端连接，第四电阻的第二端接地，第二三极管的基极与第三电阻的第二端连接，集电极与第一三极管的发射极连接，发射极与第五电阻连接，通过恒流电路向第五电阻提供恒流信号。
在本实施例中，射极跟随器电路可以作为多级放大器的输入级、输出级和缓冲级中的至少一种。
在本实施例中，射极跟随器电路包括：第一射极跟随器电路、恒流电路以及参考电压源，第一射极跟随器电路包括第一三极管、第五电阻以及负载电路，第一三极管的发射极分别与第五电阻的一端、负载电路连接，第五电阻的另一端接地，负载电路与输出信号连接；恒流电路包括第三电阻、第四电阻、第二三极管，第三电阻的第一端与参考电压源连接，第二端与第四电阻的第一端连接，第四电阻的第二端接地，第二三极管的基极与第三电阻的第二端连接，集电极与第一三极管的发射极连接，发射极与第五电阻连接，通过恒流电路向第五电阻提供恒流信号。
在一个具体的实施例中，第一三极管与第二三极管为NPN三极管，且第一三极管、第二三极管的导通电压Ube＝0.7V。
在本实施例中，参考电压源为直流电压源，电压为15V，第三电阻、第四电阻的阻值分别为13KΩ、3KΩ。在其他实施例中，参考电压源的电压也可以为其他数值，第三电阻和第四电阻的阻值也可以根据第二三极管的导通电压和参考电压源的电压进行设置，只需第四电阻的第一端的电压大于第二三极管的导通电压即可。
在一个具体的实施例中，第五电阻的电阻值为3KΩ。
在本实施例中，第一射极跟随器电路还包括第一电阻、第二电阻，第一电阻的第一端与参考电压源连接，第二端与第二电阻的第一端连接，第二电阻的第二端接地。
其中，第一三极管的基极与第一电阻的第二端连接，集电极与参考电压源连接。
在一个具体的实施例中，第一电阻的阻值与第二电阻的阻值相等，均为10KΩ。
在本实施例中，第一射极跟随器电路还包括第一电容，第一电容的一端与信号输入端连接、另一端与第一三极管的基极连接。
负载电路还包括负载电阻、第二电容，第二电容的一端与第一三极管的发射极连接，另一端与射极跟随器电路的输出信号连接，负载电阻的一端与输出信号连接，另一端接地。
在一个具体的实施例中，第一电容和第二电容的阻值相等，均为10μF。
有益效果：本发明的多级放大器在射极跟随器电路中设置恒流电路，通过恒流电路向第一三极管的发射极连接的第五电阻输入恒流信号，避免第一三极管截止，保证了输出信号的波形随输入信号变化，解决了输出信号的波形被部分截去的问题，提高了射极跟随器电路的使用效果。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种射极跟随器电路，其特征在于，所述射极跟随器电路包括：第一射极跟随器电路、恒流电路以及参考电压源，
所述第一射极跟随器电路包括第一三极管、第五电阻以及负载电路，所述第一三极管的发射极分别与所述第五电阻的一端、所述负载电路连接，所述第五电阻的另一端接地，所述负载电路与输出信号连接；
所述恒流电路包括第三电阻、第四电阻、第二三极管，所述第三电阻的第一端与所述参考电压源连接，第二端与所述第四电阻的第一端连接，所述第四电阻的第二端接地，所述第二三极管的基极与所述第三电阻的第二端连接，集电极与所述第一三极管的发射极连接，发射极与所述第五电阻连接，通过所述恒流电路向所述第五电阻提供恒流信号。
2.如权利要求1所述的射极跟随器电路，其特征在于，所述第一射极跟随器电路还包括第一电阻、第二电阻，所述第一电阻的第一端与所述参考电压源连接，第二端与所述第二电阻的第一端连接，所述第二电阻的第二端接地。
3.如权利要求2所述的射极跟随器电路，其特征在于，所述第一三极管的基极与所述第一电阻的第二端连接，集电极与所述参考电压源连接。
4.如权利要求2所述的射极跟随器电路，其特征在于，所述第一射极跟随器电路还包括第一电容，所述第一电容的一端与信号输入端连接、另一端与所述第一三极管的基极连接。
5.如权利要求1所述的射极跟随器电路，其特征在于，所述负载电路还包括第一负载电阻、第二电容，所述第二电容的一端与所述第一三极管的发射极连接，另一端与所述射极跟随器电路的输出信号连接，所述第一负载电阻的一端与所述输出信号连接，另一端接地。
6.一种多级放大器，其特征在于，所述多级放大器包括射极跟随器电路，所述射极跟随器电路包括：第一射极跟随器电路、恒流电路以及参考电压源，
所述第一射极跟随器电路包括第一三极管、第五电阻以及负载电路，所述第一三极管的发射极分别与所述第五电阻的一端、所述负载电路连接，所述第五电阻的另一端接地；
所述恒流电路包括第三电阻、第四电阻、第二三极管，所述第三电阻的第一端与所述参考电压源连接，第二端与所述第四电阻的第一端连接，所述第四电阻的第二端接地，所述第二三极管的基极与所述第三电阻的第二端连接，集电极与所述第一三极管的发射极连接，发射极与所述第五电阻连接，通过所述恒流电路向所述第五电阻提供恒流信号。
7.如权利要求6所述的多级放大器，其特征在于，所述第一射极跟随器电路还包括第一电阻、第二电阻，所述第一电阻的第一端与所述参考电压源连接，第二端与所述第二电阻的第一端连接，所述第二电阻的第二端接地。
8.如权利要求7所述的多级放大器，其特征在于，所述第一三极管的基极与所述第一电阻的第二端连接，集电极与所述参考电压源连接。
9.如权利要求7所述的多级放大器，其特征在于，所述第一射极跟随器电路还包括第一电容，所述第一电容的一端与信号输入端连接、另一端与所述第一三极管的基极连接。
10.如权利要求6所述的多级放大器，其特征在于，所述负载电路还包括第一负载电阻、第二电容，所述第二电容的一端与所述第一三极管的发射极连接，另一端与所述射极跟随器电路的输出信号连接，所述第一负载电阻的一端与所述输出信号连接，另一端接地。
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