我对三极管的输出阻抗与匹配的理解杂记

快乐年

乙猪 发表于 2024-5-31 09:49
好象现在除了功放要求负载阻抗匹配外，其他的多数都是尽可能输出低阻抗输入高阻抗。

这是我的另外一个疑问：
前级要求低输出阻抗连接后级要求高输入阻抗，这不是“不匹配”了吗？

king5555

快乐年 发表于 2024-5-31 11:28
这是我的另外一个疑问：
前级要求低输出阻抗连接后级要求高输入阻抗，这不是“不匹配”了吗？

传遞电压不必匹配，传遞功率得要匹配。

快乐年

king5555 发表于 2024-5-31 12:51
传遞电压不必匹配，传遞功率得要匹配。

谢谢，这个疑问算是解决了，但是中周的阻抗转换算是功率转换了？

大舌头2021

电子管输出阻抗为高阻，6K3P的约数是700k，不会把有载Q值拉得很低，晶体管共发射极输出阻抗约为数十千欧，这样中周需要抽头。

大舌头2021

顺便请教chang老师，我想设计这样一个晶体管电路——输入阻抗大于1M，输出阻抗要小于50千欧，而且只能直耦，有什么好办法吗？

快乐年

大舌头2021 发表于 2024-5-31 16:48
电子管输出阻抗为高阻，6K3P的约数是700k，不会把有载Q值拉得很低，晶体管共发射极输出阻抗约为数十千欧， ...

忘记基础知识，请问中心抽头的阻抗变换计算是怎么的？

changwanren

大舌头2021 发表于 2024-5-31 16:54
顺便请教chang老师，我想设计这样一个晶体管电路——输入阻抗大于1M，输出阻抗要小于50千欧，而且只能直耦 ...

对于直流放大和交流低频放大，引入负反馈可以增大输入阻抗和减小输出阻抗，要阅读晶体管电路的直流放大电路和低频放大电路就能搞明白，这不是几句话就能说明白。
    对于有负反馈的输入阻抗为Rb×（1+kF），输出阻抗为Rc÷（1+KF）其中K是开环电压放大倍数，F是反馈系数。
  三极管的上下偏置电阻也可以视为输入阻抗，所以采用三极管的简单电路，要想输入阻抗大于1M很难，最好使用运放芯片，使输入阻抗达到大于1M是很容易的。

king5555

快乐年 发表于 2024-5-31 12:58
谢谢，这个疑问算是解决了，但是中周的阻抗转换算是功率转换了？

确切的是低频的音频功率放大不需匹配，而最好是输出阻抗小于喇叭阻抗。
对于高频或者有L丶C回路以及中周变压器，那就要阻抗匹配的。但是对于微小信号的前级可以不必阻抗匹配，因为它主要放大电压以及低噪，又因为选不到适当元件可能匹配不了，若能匹配就更好。
由于零件有误差，很难做到百分之百匹配，差不多90%就很好。

快乐年

king5555 发表于 2024-5-31 19:32
确切的是低频的音频功率放大不需匹配，而最好是输出阻抗小于喇叭阻抗。
对于高频或者有L丶C回路以及中周 ...

以前也看过文章，说收音机前级最好输入阻抗大，这样比较灵敏。因为阻抗大，很小的信号就会在输入级的共射极接法时候的基极（共基极连接时的发射极），或者结型场效应管的栅极就会产生比较大的电压？（功率？），具体不懂，也不记得清楚了，因为自己基础差，
音频的推挽功率放大器就有输入、输出变压器进行阻抗变换，但是也是不甚了解。

changwanren

关于三极管的阻抗匹配容易搞混的认识。
    1、一个放大电路的输入阻抗和输出阻抗和单只三极管的输入输出阻抗是不同的。电路中的负反馈可以增大电路的输入阻抗和减小输出阻抗。
    2、三极管的输出阻抗应该是指他的分流损耗阻抗，希望此阻抗越大越好。当三极管能提供的最大电流一定时，获取最大不失真功率所需要的阻抗与负载阻抗的“匹配”，也叫电路的输出阻抗，容易和三极管的输出阻抗混为一起。认为是三极管的输出阻抗。如某乙类功放，三极管能提供的最大电流0.2A，当阻抗为20欧姆时，可以获得最大不失真功率，而负载阻抗是8欧姆，要想获取最大不失真功率，需要采用变压器进行阻抗变换，变换后电路的输出阻抗为8欧姆。此阻抗不能与三极管的输出阻抗混为一起。
    当三极管提供的电流足够大，即使不匹配负载也能获得所需要的功率，根本就不用考虑匹配的问题了。
   3、在电路中不仅三极管的输出阻抗有损耗，电路中的分流阻抗也有损耗，与负载匹配获取最大功率，要把分流阻抗也视为三极管输出阻抗的一部分，才能计算出正确的结果。
   4、对于只关心电压放大倍数的电路，若放大电路能够提供足够大的放大倍数，不必关心匹配问题外，还需要引入负反馈将低电压放大倍数，使失真减小，输入阻抗增大，输出阻抗减小等好处。若放大电路不能提供所需要的电压放大倍数，要想获取最大的电压放大倍数，还要考虑损耗的匹配问题。因为三极管的最大功率增益会影响最大电压放大倍数。

快乐年

changwanren 发表于 2024-6-1 05:08
关于三极管的阻抗匹配容易搞混的认识。
    1、一个放大电路的输入阻抗和输出阻抗和单只三极管的输入输出 ...

我只是理解了两点
1：电压放大必须要匹配。例如：BG4、BG5。
2：功率放大要匹配，但是如果功放级功率足够大，可以不匹配。

changwanren

3、关于中放与匹配相关的几点认识
（1）465KHz中周的配振电容最小140p，最大1000p。他们有哪些优缺点？
选择配振电容较小时，谐振频率受三极管的分布电容影响较大，当三极管的工作电流变化时，发生频率偏移较大，但配振电感相对较大，当空载Q值相同时，能够得到较大的空载谐振阻抗，增大了中放的分流阻抗，减小损耗，能够将就功率增益不足的三极管的使用，在普及6管三级收音机中，使用配振电容200p的较多。
若三极管的功率增益足够大，可选择配振电容1000p，他的谐振阻抗即使空载Q值为150，谐振阻抗也只有50KΩ，所以他的有载Q值的变化受三极管的AGC变化的影响很小，可以增大AGC的控制深度，增大动态，谐振频率的变化受AGC影响也非常小。

（2）共发—共基的中放电路，可以提高中周抽头的匝数，实现最佳匹配，
见下列计算，三极管输出阻抗200K时，可以将抽头比提高的125匝。为什么这样做很少见，原因是中放增益不是越大越好，不增加抽头匝数，在增益也足够用的情况下，带来了选择性的提高。增益是提高灵敏度的前提保证，增益也会把噪声和干扰同时放大，如噪声为10uV,再把小于10uV的有用信号放大到收音机的额定输出功率，此信号也无法正常收听。现实收听环境中干扰是不可避免的，不把干扰信号减小到小于收听信号，单纯提高灵敏度，也是无法正常收听的。

（3）若三极管不能满足足够的增益，除了最佳匹配获取较大的增益外，设法减小中周的损耗也是提高增益的非常有效的途径。
中周的损耗系数决定于空载Q值与有载Q值的差，差越大，损耗越低，有载Q值决定选择性，所以不能过低，所以想办法提高空载Q值，就能减小中周损耗。

（4）中放电路的“匹配”实际是通过改变中周匝数比和三极管的静态电流Ic，使其兼顾中放的选择性和电压增益的“匹配”，实现增益和选择性都能达到指标的“匹配”
关于增益，对于中放我们最关心的是电压增益，由于三极管的最大功率增益会影响三极管的最大电压放大倍数，所以当三极管的最大功率增益不足时，两级中放达不到所需要的电压增益时，才想方设法减小功率损耗，若三极管的功率增益足够大，提供中放的电压增益余量特别大，根本不必关心负载获取最大功率的最佳匹配和中周损耗。

（1）关于中周的损耗，从中周的损耗的计算公式可看出，中周的空载Q值越大，有载Q值越小，中周的损耗系数就越小。但有载Q值不能过低，过低或导致选择性达不到设计要求。所以要想减小中周损耗，希望中周空载Q值越大越好。

  如：        Q0=100  QL=10
      损耗：ρc=1/（1-10/100）^2=1.23  即0.9dB
       Q0=80  QL=40
      损耗：ρc=1/（1-40/8）^2=4  即6dB
待续

changwanren

（2）关于中放电压增益理论计算
      将电压增益的计算公式导出为三极管静态工作电流的函数：


从公式看出，影响电压增益的参数太多，8个参数影响电压增益，还是编写一个计算软件，来了解各参数的变化，对电压增益的影响。
通过理论计算看一下中放的三极管共发—共基对中放电压增益的影响。
计算1条件：中周采用TTL-2-2 初级总匝数162，抽头45，次级匝数10，
三极管输出阻抗20KΩ，中周空载Q值82，谐振阻抗120 KΩ
计算结果：三极管电流在0.5毫安时，电压增益28.4分贝。

计算2条件：中周采用TTL-2-2 初级总匝数162，抽头45，次级匝数10，
三极管输出阻抗200KΩ，中周空载Q值82，谐振阻抗120 KΩ
计算结果：三极管电流在0.5毫安时，电压增益31.4分贝。

计算3条件：中周采用TTL-2-2 初级总匝数162，抽头45，次级匝数10，
三极管输出阻抗200KΩ，中周空载Q值117，谐振阻抗200 KΩ
计算结果：三极管电流在0.5毫安时，电压增益35.9分贝。

结论：当中周匝数比不变，三极管静态工作电流不变时，三极管的输出阻抗大，中周空载Q值大，可以获得大的电压增益。
   计算4，放大倍数对电压增益的影响，下图表中蓝色线放大倍数200，粉色线放大倍数100，红色线放大倍数50，绿色线放大倍数10，从图表中能够比较出不同的放大倍数在不同的静态工作电流Ic的条件下的电压增益情况，只有放大倍数很小时，在三极管工作电流较大时，电压增益减小的较大。当Ic电流一定时，放大倍数由50到100，电压增益变化不大。但放大倍数高的三极管，当Ic相等时，输入阻抗大，可以增大中放的有载Q值。

changwanren

   对中放电压增益对应三极管的静态电流对应关系的实测数据见下表：

   实测电路图

  实测电路的实物图

根据9018和中周空载Q值正常范围内的参数，通过理论计算一下，看看能否吻合。


通过计算对比Ic在0.4   0.5   06毫安处基本吻合。
   对于高频的实际测量，测量误差会比较大，关于理论计算是在放大倍数不随Ic改变和三极管的输出阻抗不随Ic改变的条件下的计算结果，所以与实际测量会出现差异。

大舌头2021

有些书上一时看不明白的内容，看过这个贴子就容易理解了。