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1、I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
2、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+ (R1/R2) r be+(1+ 3 )(R4Rl)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，R3两端的电压变化为 Ui-Ua,此时流过R3的电流为丘3= (U1-UB) / R3= (U1-U0)/ R3由于电路的 加 跟随着 血 变化而变化，即U
3、。"血，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。jrVccRlC2图2ClB .、43是一典型4所示二、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 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R1、R2的取值受到限制，而此时电路的输的分压
4、式偏置，虽然可以解决电路的工作点稳定问题，但因为 入电阻是Ri= R i/R2rbe+(1+ 3 )(R4Rl)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。RIu/0I-R1田也Rs L总购 tJa RL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U工时，射随器的输出电压 m=&u*Ui。因为射极跟随器的电压增益Av-1,所以无田口。通过电阻R3中的电流加=(比-加)/ R3这一值是极小的，所以R3支路对交流信号的等效电阻R3,的数值很大R3
5、, = Ul/ Ir3=R3/ (1-2U)电路此时的输入电阻为Ri=R3 / be+(1+ 3 )(R4/Rl)rbe+(1+ 3 )(R4Rl)。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，C3、R、R5组成自举电路。当未加 G (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/2当输入信号ui为负半周最大值时，使 T1截止
6、，T2的基极电位等于电源电压 Vcc减去Rci （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（sa*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
7、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 0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，Uc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。的幅值增大。由于Up= Uc+ Ue= Vcc/2+ Ue,即Up会随Ue的升（Wj而自动抬局。当U0接近Vcc/2时，Ue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
8、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 &2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
9、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。Vcc图6图T4.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
10、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 1.5V10V之间，工作电流常在 0.1m A1mA。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,7电路，在这一电虽然可以满足对 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路中偏置电阻（R1+R2仅取2k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
11、，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19952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