自举电路在电路设计中的应用.doc

1自举电路在电路设计中的应用朱丽华（福建信息职业技术学院 福州， 350003） 摘要：在电路的设计中，常利用自 举电容构成的自举电路来改善 电路的某些性能指标，如利用自举提高射随器的输入阻抗、利用自举提高电路增益及 扩大电路的动态范围等本文就自举电路的工作原理及典型应用作一介绍关键词：自举；自举电容；自举电路在电路的设计中，常利用自举电容构成自举电路来改善电路的某些性能指标，如利用自举电路提高射随器的输入阻抗，利用自举电路提高放大器增益或扩大电路的动态范围等等现就自举电路的工作原理及典型应用作一介绍一、自举电路的工作原理自举电路的本质是利用电容两端电压瞬间不能突变的特点来改变电路中某一点的瞬时电位图 1 是一射极跟随器电路，在偏置电路中加入电阻 R3 的目的在于提高输入电阻，因为输入电阻为Ri = [R3+（R 1//R2）]//[r be+(1+β)(R 4//RL)]只要将 R3 值取大，就可以使输入电阻增大但是 R3 取值是不能任意选大的， R3 太大将使静态工作点偏离要求，因此，这种偏置方式虽然可以提高输入阻抗，但效能是有限的若在该电路中加一电容 C3 时（如图 2 所示） ，只要电容 C3 的容量足够大，则可认为 B 点的电压变化与输出端电压变化相同，R 3 两端的电压变化为 - ，此时流过 R3 的电流为 =（ - ）/ R 3=（ - ）/ R 3由于电路的 跟随着 变化而变化， 即 ≈ ，所以流过 R3 的电流极小，说明 R3 此时对交流呈现出极高的阻抗（比 R3 的实际阻值要大得多） ，这就使射极跟随器的输入阻抗得到极大提高。

这种利用电容一端电位的提高来控制另一端电位的方法称为“自举” ，所以称电容 C3 为自举电容自举从本质上说是一种特殊形式的正反馈二、应用实例1.利用自举电路提高射极跟随器的输入电阻射随器具有输入阻抗高、输出阻抗低的特点，所以在电子线路中的应用是极为广泛的图 3 是一典2型射极跟随器电路，由于基极采用的是固定偏置电路，所以无法保证工点的稳定如果将它改为如图 4所示的分压式偏置，虽然可以解决电路的工作点稳定问题，但因为 R1、R2 的取值受到限制，而此时电路的输入电阻是Ri=[ R1//R2]//[rbe+(1+β)(R 4//RL)]显然，这将使射随器电路的输入电阻下降很多，直接破坏了射极跟随器高输入电阻的优势图 4为了保证射随器有较高的输入电阻，同时又有稳定的工作点，所以加一电阻 R3 和电容 C3，成为如图 2 所示的加有自举电容的射极跟随器由上面的分析可知，当输入信号为 时，射随器的输出电压 = * 因为射极跟随器的电压增益AV ≈1，所以 ≈ 通过电阻 R3 中的电流=（ - ）/ R 3这一值是极小的，所以 R3 支路对交流信号的等效电阻 R3ˊ的数值很大R3ˊ= / IR3=R3/（1- ）电路此时的输入电阻为Ri=R3ˊ//[r be+(1+β)(R 4//RL)]≈ r be+(1+β)(R 4//RL)。

可见射随器的输入阻抗得到了极大的提高2.利用自举电路扩大电路动态范围利用自举电路可以扩大放大器的输出动态范围图 4 所示是一个典型的 OTL 电路，图中 C3是自举电容，C 3、R 3、R 5组成自举电路当未加 C3（即将C3开路）时，在输入信号 ui 为正半周最大值时，可使三极管 T1 临界饱和，T3 的基极电压很低，从而使T3 接近饱和，输出电压的最大负峰值为 U CE（sat） -Vcc/2≈-Vcc/23当输入信号 ui 为负半周最大值时，使 T1 截止，T2 的基极电位等于电源电压 Vcc 减去 Rc1（即R3+R5）上的压降，所以 ub2 总是低于 Vcc，三极管 T2 的集电结始终反偏，不能达到饱和状态，因此三极管 T2 管压降 uce2> UCE（sat ） 那么输出电压的最大正峰值为Vcc- uce2-Vcc/2= Vcc/2-uce2对比上面两式可见，同样在充分激励的条件下，正半周幅度比负半周幅度要小，使得输出电压波形不对称，出现失真为了避免出现失真，只能减小激励信号，所以输出的动态范围受到抑制加入自举电容 C3 后，静态时 P 点对地的电位为 UP=Vcc-ICQ*R5 ， R5 是隔离电阻，其作用是为了防止输出信号通过自举电容短路，通常取值很小，因此可以认为 UP≈Vcc ，而 E 点对地直流电位为 UE= Vcc/2。

因此，自举电容 C 上的直流电压为 UC= Vcc/2由于 C3 容量很大，只要时间常数 CR5 足够大，在信号的一个周期内，U C 将基本保持不变这时当输入信号 ui 为负半周时，T2 导通，随着 ui 往负向变化，三极管 T2 的集电极电流不断增大，管压降逐渐变小，E 点电位将从静态值 Vcc/2 向 Vcc 值上升，u o 的幅值增大由于 uP= Uc+uE= Vcc/2+ uE，即 uP 会随 uE 的升高而自动抬高当 uo 接近 Vcc/2 时，u E 的瞬间电位可达 Vcc，此时 uP= Vcc+ Vcc/2=1.5 Vcc，从而能保证供给 T2 基极足够大的基极电流，使其达到饱和状态，使输出电压的正、负半周幅度对称使负载上能够获得足够大的输出电压，即扩大了电路输出电压的动态范围3.利用自举电路提高电路增益图 5、图 6 所示的两电路都是利用自举电路提高电路增益的先看图 5，图中以 T1 为核心构成共射电路，以 T2 为核心构成的是射随器，C3 为自举电容该电路输出电压跟随 N 点的电位变化而变化，通过 C3 的反馈将输出电压反馈到 M 点，使 M 点的电位也跟随 N点电位的电位变化而变化，实现自举。

其结果使 M 点的电位与 N 点电位很接近，使流过 Rc2 的交流电流大大减少，这就相当于提高了 Rc2 的交流等效阻抗，从而提高了电路的增益同理可分析图 6 电路，图 6 中 T1、T2 的作用与图 5 相同，C3 仍为自举电容该电路的输出电压跟随 M 点的电位变化而变化，通过 C3 的反馈作用使 N 点的电位也跟随M 点电位变化而变化，实现自举自举的结果使 Re2 两端的电位很接近，因此流过 Re2 的交流电流大大减少，相当于提高了 Re2 的交流等效阻抗，即提高了 T1 的集电极等效阻抗，从而使电路获得较高的增益不难分析图 6 电路利用 T2 管产生自举作用，不仅提高了电路的增益，而且也使电路的输出电阻大大增加，所以适用于后级放大电路输入阻抗较高的场合44. 利用自举电路解决交、直流参数设置如图 7 电路是一个利用自举电路解决驻极体话筒与放大器的交、直流参数合理配置的例子驻极体话筒由于具有音质好、输出平坦、阻抗低而价格又便宜的特点，应用范围已越来越广泛了但驻极体话筒工作时，要求提供一个直流偏置电流和偏置电压市场上销售的话筒参数的离散性较大，其偏置电压一般在 1.5V～10V 之间，工作电流常在 0.1ｍＡ～1ｍＡ。

在电路设计时，其偏置电阻与电源之间有时较难协调，为满足话筒对输出阻抗的要求而将偏置电阻取大时，势必要求 Vcc 要相应地提高，如果将偏置电阻取小些，虽然可以满足对 Vcc 的要求，但话筒的输出阻抗又难以匹配为解决这一问题可采用图 7电路，在这一电路中偏置电阻（R1+R2）仅取 2ｋΩ，所以电源电压 Vcc 几乎全部降在话筒上，为驻极体话筒提供较大的偏置电压，满足了话筒参数离散性的要求只要电源电压 Vcc 大于话筒工作电压 1V 就能使它很好工作为了满足话筒对输出阻抗的匹配的要求，该电路采用了自举电路，C3 为自举电容，由于C3 的存在，使 R1 电阻下端的电位跟随 R1 上端的电位变化而变化，即实现自举R1 两端的电位差值很小即意味着 R1 的等效阻抗被大大地提高了，从而实现与驻极体话筒输出阻抗的良好匹配此外，该电路具有一定的电压增益，还可以减轻后级电路的负担三、结束语通过介绍自举电路在电子线路设计中的应用，让我们看到了自举电路独特的功能，如能善加应用，则可设计出更多更好的电路以充分发挥自举电路的作用参考文献：[1] 陈继生编著：《电子线路》 （第二版） ，北京高等教育出版社 1995[2] 郑应光：《模拟电子线路》 （二） ，东南大学出版社， 2000 年[3] 电子报 2004 年 12 月 19 日 第 51 期。