共发射极不放大

电器工程 放大器 振荡器 获得 共发射极 共门
2022-02-01 04:49:38

我正在尝试用一个晶体振荡器和一个二级放大器制作一个 27 MHz 载波发射器。这是完整的电路:

示意图

模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图

第一部分,C6左边是一个colpitts晶体振荡器而C6右侧是共射极放大器我制作的 Colpitts 晶体振荡器可以在这里找到。

可在此处找到 Q1 和 Q2 数据表。

问题如下。如果我断开 CE 放大器,并用示波器测量O1处的电压,我得到预期的 150 mV 峰峰值。但是一旦我连接 CE 放大器并测量O2处的电压,我得到大约 300 mV 峰峰值(注意此时未连接天线),这远远低于我的预期。

为 colpitts 振荡器选择的值与我发布链接的那个网站上的值相同。对于 CE 放大器,我计算了我自己的值,我是这样做的:

  1. \$\beta=100\$
  2. 我选择了:\$I_C=I_E=1mA\$
  3. 我选择:\$V_E=1V\$,所以\$V_B=1.7V\$
  4. \$R_6=\dfrac{1V}{1mA}=1k\Omega\$
  5. \$I_B=\dfrac{Ic}{\beta}=10uA\$ , \$I_{R5}=100uA\$ , \$I_{R4} = 110uA\$
  6. \$R_5=\dfrac{1.7V}{100uA}=18k\Omega\$ , \$R_4=\dfrac{9V-1.7V}{110uA}=66k\Omega\$
  7. \$R_7=\dfrac{9V-4.5V}{1mA}=4.7k\Omega\$
  8. 对于\$C_4\$我在某处读到:\$X_{C4}<=\dfrac{1}{10}\times R_6\$,我得到\$C_4 >= 60pF\$

C5C6是任意选择的,如果有人能告诉我如何精确计算它们的值,我将不胜感激。

那么放大器的增益不应该是:\$r_e=\dfrac{25mV}{I_C}\$ \$A_v=\dfrac{-R_C}{r_e}=-188\$吗?,而我得到增益仅为 2。

可能是什么问题呢?我在某处读到阻抗不匹配会影响传输信号的功率,这可能是这种情况,因为科尔皮茨振荡器的输出阻抗相对较低,而 CE 放大器的输入阻抗相对较高?

另外,如果我在共栅极模式下使用BS270 MOSFET而不是 2N3904,增益会增加吗?我在某处读到过 MOSFET 更快,并看到它们用于 HF 应用。因为我手头有它们,目前无法购买任何组件。

3个回答

一个原因是晶体管增益在高频下会降低。举一个具体的例子,ON 半导体 BC546在 1mA 集电极电流下具有 100MHz 的增益带宽积 (GBP)(参见链接数据表中的图 6)。这意味着在 27MHz 频率下,电流增益 (beta) 约为 100MHz/27MHz = 3.7,而不是 100。

在 27MHz 时,晶体管中的杂散电容(由米勒效应放大)也可能在降低增益方面发挥作用。

简单地用更适合高频的晶体管替换晶体管就足以解决问题。您可能只需选择一个不同的通用晶体管就可以逃脱惩罚:例如,2N3904 的典型 GBP 为 300MHz 就更好一些。更好的解决方案可能是选择为高频应用设计的众多晶体管之一。随机选择一个,Fairchild 的 PN5179 的典型 GBP 为 2000MHz。

由于米勒效应,共集电极放大器不是特别适合高频放大,常用基极放大器等拓扑结构常用于几十或几百MHz的信号。但是,在 27MHz 时,我怀疑您可以使用共射极放大器。

限制增益的另一个因素是 C4 的阻抗 || 在计算信号频率下的发射极电阻时,需要将 R6 添加到 r_e。通常选择 C4 使其在信号频率下的阻抗与晶体管的 r_e 相比可以忽略不计,但在 27MHz 时,R6 的阻抗 || C4 约为 55Ω(由 C4 的 59Ω 阻抗决定)。将 C4 切换到 1nF 或 10nF 电容应该会使增益增加两倍以上。

需要考虑的几件事 - 直流偏置电阻器对您的信号有什么作用?如果你去掉 Q2 但留下 R4/R5,那么 O1 的增益是多少?此外,您将第二级的增益计算为 RC/re,但忽略与 re 串联的 R6 的影响。考虑到这两件事,返回并计算增益。

是的....阻抗不匹配可能是问题的一部分。请记住,等于阻抗(级外和级间)允许最大功率传输。您可能需要采取的另一个额外步骤是添加一个具有高输入阻抗的“缓冲器”,以避免加载第一级(Colpitt 振荡器)。建议的级是集电极放大器。