我不太了解这个 FET-BJT 前置放大器电路

电器工程 放大器 bjt 场效应管
2022-01-09 13:19:02

我在驻极体麦克风前置放大器上经常看到这个电路,但我不太明白。场效应管作为共源放大器工作,因此它具有增益、反相和相对较高的输出阻抗。因此,用缓冲区跟随它是有意义的。

BJT 是常见的收集器/发射器跟随器,所以它似乎只是充当这样的缓冲区,对吧?它将是非反相的,具有接近统一的电压增益和低输出阻抗,可以驱动其他东西而不会降级。来自 FET 的电压信号通过电容器传递到 BJT 的基极,然后在那里进行缓冲并显示在 BJT 的输出端。

我不明白为什么 FET 的漏极电阻连接到 BJT 的输出,而不是连接到电源。这是某种反馈吗?不会是正反馈吗?(随着 FET 的输出电压增加,它将基极电压通过电容向上推,然后从 BJT 向上推输出电压,然后向上拉 FET 电压,依此类推。)

替代文字

与这样的电路相比,它有什么优势?

替代文字

4个回答

这是交易。该电容器在 BJT 基极-发射极 + 电阻组合上提供高频恒定电压。这会导致相当恒定的电流通过 BJT 和电阻器,具有一些高阻抗 Z,可能主要由 BJT 基极电阻器 Rb 决定。FET 具有高跨导 (gm = Iout / Vin),净增益为 gm * Z。这是FET 漏源两端的电压。BJE 发射极电阻两端具有恒定电压,因此添加了一个偏置电压。恒定电流允许 BJT 充当低阻抗输出缓冲器 (=Rb/beta)。

流过 BJT(即从集电极到发射极)的电流将等于流入基极的电流乘以晶体管的放大系数。

I_ce = beta * I_b

...如果我的记忆正确的话。另一方面,FET 通常可以被认为是“开”(让电流流动)或“关”(阻止电流流动)。如果 FET 处于“关闭”状态,则电流不会有接地路径,也不会有电流流过 BJT(或者相反,任何电流都会流向地。电容器提供接地路径(从基极引出电流) BJT) 用于“高频”信号。电容器的阻抗与信号频率和电容的乘积成正比降低。

Z_cap = -j * omega * C
|Z_cap| = omega * C = 2 * pi * f * C

我想这并不能很好地回答这个问题,但这是我从“基本原则”中记住的。

我不明白为什么 FET 的漏极电阻连接到 BJT 的输出,而不是连接到电源。

您所指的电阻器不是通常意义上的漏极电阻器。 如果输出取自漏极,则 BJT 和各种电路可被视为有源负载;您可以用小信号等效电阻替换 FET“上方”的整个电路。

如果我们标记基极电阻 \$R_B\$ 和发射极电阻 \$R_E\$,则 FET 漏极看到的小信号等效电阻由下式给出:

\$R_{td} = R_B || \frac{r_e||R_E + r_0}{1 - \alpha \frac{R_E}{r_e + R_E}} \约R_B \$

因此,对于小信号,BJT 电路对 FET 来说近似“看起来”像 \$R_B\$。

这样做的真正好处是 \$R_B\$ 可以做得很大,因此 FET 的小信号电压增益很大。在第二个电路中,漏极电阻的大小受到直流工作点约束的限制。

例如,假设您有一个 3V 电源和一个直流漏极电流 \$I_D = 100\mu A\$。

对于正直流漏极电压 \$ V_D > 0 \$,第二个电路中的漏极电阻显然必须小于 \$ 30k \Omega\$。

但是在第一个电路中,通过 \$R_B\$ 的直流电流是 \$I_B = \frac{I_D}{1 + \beta} \$。因此,\$R_B\$ 可以比 \$30k \Omega\$ 大得多,从而产生更大的电压增益。

当然,如果输出取自漏极,我们会有非常高的输出阻抗。但是,我们从发射器节点获取输出。那里的电压增益仅小于漏极处:

\$v_{out} = v_d \frac{r_o}{r_o + r_e||R_E} \约 v_d \frac{r_o}{r_o + r_e} = v_d\frac{V_A}{V_A + \alpha V_T} \约v_d\$

其中\$V_A\$是Early电压(几十到几百伏),\$V_T\$是热电压(大约\$25mV\$)

但是,查看输出节点的电阻远小于查看漏节点的电阻:

\$r_{out} \约 r_e||R_E + R_B(1-g_mr_e||R_E) = r_e||R_E + R_B(1-\frac{\alpha R_E}{r_e + R_E})\$

因此,第 1 个电路提供更高的电压增益,但比第 2 个电路提供更高的输出电阻。

该电路通常称为分流稳压推挽 (SRPP)。通常它是使用管子实现的。

在替代电路中,输出射极跟随器以 A 类运行,并依靠射极电阻器拉低输出以获得负向信号。这可能会导致失真,尤其是在负载具有显着电容的情况下。

当输出变为负时,使用 SRPP,FET 将通过 BJT 发射极电阻器将输出拉低,而 BJT 被通过电容器耦合到其基极的信号关闭,这允许电路驱动输出接近地面,BJT甚至可能完全切断。