典型电路分析之射随器电路分析

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1、典型电路分析之射随器电路分析射 随 ， 是 我 们 通 常 对 射 极 跟 随 器 的 简 称 ， 其 实 也 就 是 共 集 电 极 放 大 器 ， 它 的 特 点 ： 1、 晶 体 管 射 随 电 路 具 有 较 高 的 输 入 阻 抗 和 较 低 的 输 出 阻 抗 -基 极 回 路 电 阻 的 1/1+ ( 是 晶 体 管 的直 流 放 大 系 数 ， 也 就 是 三 极 管 规 格 书 中 的 hFE,BC857AW正 常 工 作 时 为 250)， 具 有 隔 离 阻 抗 变 换 的 作 用 。2、 电 流 增 益 很 大 ， Ie=Ib(1+ )。 3、 电 压 增 益 接 近

2、1， 输 入 信 号 与 输 出 信 号 同 相 ， 大 小 基 本 相 等 ， 这 也 是 射 随 名 字 的 由 来 。 由 于 射 随 的 这 几 个 特 点 ， 我 们 将 其 用 在 例 如 中 放 VIDEO输 给 DECODER， DECODER 的 AV OUT等 电 路 ， 弥 补原 先 器 件 输 出 电 流 小 ， 带 载 能 力 不 足 的 缺 点 ， 减 少 后 级 电 路 对 前 级 电 路 的 影 响 ,从 而 达 到 增 强 电 路 的带 负 载 能 力 和 前 后 级 阻 抗 匹 配 ,射 随 器 同 时 还 可 以 隔 离 逆 向 干 扰 ， 一 路 信 号

3、 可 以 通 过 两 个 射 随 分 成 两路 ， 而 不 会 互 相 干 扰 ， 所 以 AV OUT， AUDIO OUT也 经 常 使 用 这 个 电 路 。 目 前 我 们 常 用 的 射 随 电 路 根 据使 用 PNP或 NPN三 极 管 也 有 两 种 形 式 ： A、 PNP图 1上 面 这 个 电 路 经 常 用 于 我 们 的 AV OUT电 路 。 输 入 信 号 VIDEO IN波 形 变 高 时 ， 三 极 管 截 止 ， VCC通 过 R1给 C1充 电 ； 输 入 信 号 VIDEO IN波 形 变 低 时 ， 三 极 管 导 通 ， C1通 过 导 通 的 三

4、极 管 对 地 放 电 。 电 路 形 式 看 似 很 简 单 ， 器 件 不 多 ， 但 如 果 器 件 使 用 不 当 的 话 ， 很 容 易 造 成 输 出 波 形 失 真 ： 1、 电 容 C1： C1在 这 个 电 路 中 起 着 仅 次 于 三 极 管 的 作 用 。 电 容 的 特 性 直 观 的 说 就 是 会 保 持 电 容 两 端 电 压 不 突 变 ， 电容 量 越 大 ， 这 个 阻 止 电 压 突 变 的 能 力 就 越 强 。 而 通 常 我 们 说 的 通 交 流 隔 直 流 ， 可 以 通 过 这 个 公 式 来 分析 ： 电 路 中 电 容 的 容 抗 Xc=

5、1/2 f C ， 其 中 f为 信 号 的 频 率 ， C为 电 容 量 的 大 小 。 那 么 也 就 是 说 ， 当 C不 变 时 ， 频 率 越 高 ， 容 抗 Xc越 小 ， 那 么 电 流 越 大 ， 信 号 越 容 易 通 过 。 那 么 为 什 么直 流 会 被 隔 离 呢 ？ 直 流 电 平 ， 相 当 于 f=0,这 时 候 容 抗 Xc=无 穷 大 ， 相 当 于 开 路 ， 信 号 自 然 无 法 传 送 过去 了 。 当 f不 变 时 ， C越 大 ， 容 抗 Xc越 小 ， 那 么 电 流 越 大 ， 信 号 越 容 易 通 过 。 这 也 就 是 为 什 么 我

6、们 平 时 在 选 用电 源 滤 波 电 容 时 ， 用 uF级 的 电 容 来 滤 除 几 十 Hz的 纹 波 ， 而 用 nF级 的 电 容 ， 来 滤 除 几 十 kHz的 纹 波 。 （ uF10Hz=nF10kHz） 再 回 到 图 1这 个 电 路 ， 如 果 C1选 用 的 电 容 量 太 小 的 话 ， 会 导 致 VIDEO信 号 中 高 电 平 稳 不 住 ， 场 同 步 期 间(也 就 是 信 号 的 低 电 平 )的 低 电 平 也 稳 不 住 。 如 下 图 所 示 ， 图 2为 C1=1000uF时 VIDEO OUT的 波 形 ， 信 号上 部 和 场 同 步 基

7、 本 不 失 真 。 图 3为 将 C1改 为 100uF之 后 的 波 形 ， 信 号 上 部 及 场 同 步 头 明 显 失 真 (我 们 通常 说 的 摆 头 )。图 2图 3为 什 么 电 容 量 的 大 小 会 导 致 这 样 的 信 号 失 真 呢 ？ 有 2种 方 法 可 以 分 析 ：方 法 1： 交 流 电 路 中 ， 电 容 的 等 效 容 抗 Xc=1/2 f C， 那 么 射 随 电 路 的 输 出 口 等 效 电 路 为 ： 图 4对 于 理 想 电 路 ， Xc=0,Vo= Vo=ViR5/( R4+R5)=0.5Vi， 我 们 的 实 际 电 路 中 ， 如 果

8、取 C=100uF,这 时 候Xc=1/2 f C,其 中 f=50,C=100uF,则 Xc=31.84 欧 ， 代 入 Vo=ViR5/(Xc+R4+R5)得 ： Vo=75Vi/(31.84+75+75)=0.41Vi， 输 出 波 形 失 真 (0.5-0.41)/0.5=17.5%,所 以 能 看 到 图 3 中 的 扭 曲 失真 。 如 果 我 们 取 C=1000uF,这 时 候 Xc=3.18 欧 ， 代 入 得 ： Vo=75Vi/(3.18+75+75)=0.4896Vi,失 真 只 有 (0.5-0.4896)/0.5=2%， 所 以 图 2 中 基 本 看 不 出 失

9、真 来 。 有 人 要 问 ， 用 这 种 方 法 来 看 ， 失 真 是 因 为 电 容 的 阻 抗 分 压 导 致 接 收 端 R6 的 幅 度 Vo 变 小 导 致 的 。可 是 从 图 3 的 实 际 波 形 来 看 ， 无 论 是 场 同 步 期 间 还 是 信 号 高 电 平 的 波 形 都 只 是 扭 曲 ， 而 幅 度 并 没 有 变小 ， 这 是 为 什 么 呢 ？ 其 实 ， 幅 度 有 变 小 ， 但 变 小 的 是 低 频 信 号 。 整 场 的 信 号 可 以 看 做 是 由 频 率 50Hz 的 低 频 信 号 (场 同 步 期间 的 低 电 平 和 信 号 高 电

10、 平 )与 频 率 15k 左 右 的 行 周 期 信 号 组 成 的 。 对 于 低 频 信 号 ， 由 于 容 抗Xc=1/2 f C 较 大 ， 所 以 幅 度 减 小 ， 以 场 同 步 期 间 波 形 为 例 ， 原 始 波 形 为 ： 低 频 的 低 电 平 经 过 电 容 后 变 成 ： 高 频 的 行 开 槽 信 号 经 过 电 容 后 ， 因 频 率 较 高 ， 基 本 直 通 ， 幅 度 不 变 ： 叠 加 后 最 终 的 输 出 波 形 就 象 图 3 一 样 ， 整 个 向 上 扭 曲 ： 方 法 2： 我 们 先 来 看 看 电 容 充 放 电 过 程 ： 图 5图

11、5 中 ， 电 容 两 端 原 始 电 压 为 U0， 之 后 电 容 通 过 负 载 R 放 电 ， 时 间 t 后 电 容 两 端 电 压 Uc=U0e-t/RC 充 电 过 程 为 上 面 这 个 过 程 的 逆 过 程 ， 大 家 可 以 自 己 分 析 。 将 上 面 这 个 公 式 用 到 下 图 6 后 ， 可 以 看 出 ， 当 VIDEO 信 号 过 来 一 个 场 同 步 头 -低 电 平 Vo 时 ， 三 极 管导 通 ， 电 容 C1 通 过 三 极 管 放 电 图 6但 如 图 5， 因 为 C1 放 电 ， 所 以 场 同 步 这 个 低 电 平 Vo 无 法 保

12、持 ， 时 间 t 后 Vo 的 实 际 电 平 Vt=Vo e-t/RC 现 在 如 图 3， 取 C=100uF, e=2.71828 t=低 电 平 持 续 时 间 =2ms(虽 然 场 同 步 上 还 有 例 如 开 槽 脉 冲 等 信 号 ， 但 这 些 信 号 是 高 频 的 ， 对 直 流 电 平不 会 有 影 响 ， 所 以 不 用 考 虑 ， 所 以 t 应 该 取 整 个 场 同 步 周 期 ， 约 =1/10 场 周 期 =2ms) R=R4+R5=150 代 入 后 可 求 得 ： Vt/Vo=0.878,失 真 12.2% 如 果 C=1000uF, Vt/Vo=0.

13、987,失 真 2.2% 可 以 看 出 ， 用 这 种 方 法 计 算 的 结 果 和 方 法 1 的 结 果 近 似 。 由 以 上 分 析 可 得 ， 电 容 C1 越 大 ， 波 形 失 真 越 小 ， 但 受 布 板 空 间 及 成 本 限 制 ， 推 荐 C1 选 取 470uF.此时 Vt/Vo=0.972,失 真 2.8%,已 经 能 满 足 要 求 。 由 以 上 这 两 个 公 式 也 可 以 解 释 另 一 个 问 题 ： 为 什 么 音 频 电 路 中 的 隔 直 电 容 可 以 用 的 很 小 ？ 因 为 音频 电 路 的 负 载 电 阻 很 大 (10k or 47

14、k)， 因 此 要 保 持 同 样 的 失 真 度 的 话 ， 电 容 C 只 需 要 视 频 中 的 几 百 分之 一 ， 所 以 音 频 电 路 中 的 隔 直 电 容 一 般 为 nF 级 的 。 2 电 阻 R1： 下 图 7为 输 入 亮 点 信 号 (为 什 么 用 这 个 信 号 后 面 分 析 )时 ， VCC=5V， R1=100欧 时 AV OUT的 波 形 (已 带 75负 载 )， 输 出 的 信 号 幅 度 为 562mV， 将 R1改 为 470后 ， 如 图 8所 示 ， 同 步 头 不 变 ， 但 信 号 幅 度 只 剩 下237mV,上 面 部 分 的 波 形

15、 都 被 切 掉 了 ： 图 7图 8为 什 么 会 有 这 样 的 问 题 ？ R1该 如 何 取 ， 是 否 将 R1改 小 就 能 解 决 这 个 问 题 ？ 分 析 如 下 ： 例 如 图 7中 ， AV OUT 波 形 幅 度 562mV,那 么 C1负 极 的 幅 度 就 是 562*2=1124mV,也 就 是 说 C1负 极 处 的 最 高电 平 为 1124mV。 可 以 求 出 达 到 这 个 电 平 瞬 间 的 通 过 C1电 流 Ir=U/R=1124/150=7.5mA。 而 这 个 电 流 Ir也 等 于 此 时 流 过 电 阻 R1的 e极 电 流 Ie=(VCC

16、-Ve)/R1， 所 以 (VCC-Ve)/R1=7.5mA， Ve=此 时射 极 的 直 流 电 平 =直 流 偏 置 +1.124V,如 果 直 流 偏 置 为 VCC/2的 话 ,R1=1376/7.5=183欧 。 也 就 是 说 R1一 定要 小 于 183欧 ， 才 能 让 一 个 信 号 幅 度 562mV的 波 形 不 失 真 的 通 过 。 那 么 图 8中 ， R1=470欧 ， 假 设 负 载 R5上 的 波 形 峰 峰 值 为 Vpp,那 么 同 上 ， 由 Ir=Ie = (2Vpp/150)=(5-2.5-2Vpp)/470,求 得 Vpp=302mV, 只 能 让 一 个 信 号 幅 度 302mV的 波 形 不 失 真 的 通 过 ， 而 对 于 标 准信 号 幅 度 0.7V的 VIDEO信 号 ， 这 个 失 真 就 很 厉 害 了 。 理 论 上 R1越 小 ， 带 载