共射极放大电路的输出阻抗是集电极电阻Rc:
一、从电流源的角度解释
三极管等效模型:在交流等效电路中,三极管可以看作是一个受基极电流控制的电流源。
电流源特性:理想的电流源,其输出电流不受负载变化的影响,可以定性理解为电流源内阻无穷大。
并联结果:从输出端往回看,电路的输出阻抗为集电极电阻Rc和这个恒流源内阻并联的结果。由于Rc为有限大小的电阻,而电流源内阻无穷大,因此并联后的阻值近似为Rc的大小。
二、从输出阻抗定义的角度解释
输出阻抗定义:当电路空载时输出电压为Uo,带上负载R后,如果测得的输出电压变为0.5倍Uo(即放大倍数减小一半),根据分压原理,此时负载R的大小即为电路的输出阻抗。
放大倍数公式:放大倍数的计算公式为A=△Vo/△Vin,也可以推导为A=-Rc*△Ic/△Vin(负号表示方向为反相)。
定量计算:当负载电阻Rz等于Rc时,两个电阻并联的结果为0.5倍Rc。此时,由于△Ic和△Vin都没变,只有Rc部分缩小为0.5倍,因此放大倍数变为0.5倍A。根据输出阻抗的定义,可以得出Rc的大小即为输出阻抗的大小。
三、集电极电阻Rc在共射极放大器中的作用
电流到电压的转换:Rc作为集电极负载电阻,起到了将集电极电流的变化转换为电压变化的关键作用。当输入信号引起基极电流变化时,由于晶体管的放大作用,集电极电流会相应地发生更大的变化。这个变化的集电极电流流过Rc时,会在其上产生电压降,从而实现了电流到电压的转换。
影响放大倍数:由于Rc上的电压变化与集电极电流的变化成正比,因此通过调整Rc的阻值,可以影响放大器的电压放大倍数。较小的Rc值会增加电路的放大倍数,但也可能导致电路不稳定和失真;而较大的Rc值则能提高电路的稳定性,但可能会降低放大倍数。
第1种方法:从定性的角度分析问题
放大电路的输出阻抗:
在讨论放大电路时,我们通常关心的是它对交流信号的放大作用。因此,当我们提到输出阻抗时,通常指的是电路对交流信号的阻抗。
三极管的电流源特性:
可以把三极管想象成一个特殊的“水龙头”,这个“水龙头”的开关(即电流的大小)是由基极电流控制的。当基极电流变化时,“水龙头”流出的水(即集电极电流)也会相应地变化。
但这个“水龙头”有个特点,就是它流出的水(电流)很稳定,不容易受到后面管道(即负载)的影响。这就像是一个理想的电流源,其输出电流几乎不受负载变化的影响。
输出阻抗的等效电路:
如果我们把三极管看作是一个受基极电流控制的电流源,那么共射极放大电路就可以等效为一个电流源和一个集电极电阻Rc并联的电路。
在这个等效电路中,集电极电阻Rc就像是电流源后面的一个“水池”,它负责接收并储存从“水龙头”(三极管)流出的水(电流),并将其转化为水压(电压)。
为何输出阻抗是Rc:
当我们从这个“水池”(即输出端)取水(即加载负载)时,会发现水压(即输出电压)的变化主要取决于“水池”的大小(即Rc的阻值),而不是“水龙头”本身。
这是因为“水龙头”(三极管)的电流源特性使得其输出电流很稳定,不容易受到负载变化的影响。因此,在负载变化时,输出电压的变化主要反映在集电极电阻Rc上的电压降上。
所以,从这个角度来看,共射极放大电路的输出阻抗可以近似看作是集电极电阻Rc。
上图中,交流等效电路中,电源VCC内阻等效为0.电容等效为一条直线。上图继续演化为下图:
大家都了解,理想的电流源,不管负载怎么变化,输出电流都不会变化,可以定性理解为电流源内阻无穷大,由此,上图从输出端往回看,可以看出,电路的输出阻抗为集电极电阻Rc和这个恒流源内阻并联的结果,如下图:
如上图,Rc为有限大小的电阻,一个有限大小的电阻和无限内阻的电流源相并联的结果,阻值近似为Rc的大小.由此,根据上图,可得出答案,即共射极放大器的输出阻抗为集电极电阻Rc.
第2种方法从定量的角度准确地解释了共射极放大电路输出阻抗为何是集电极电阻Rc。
输出阻抗的定义
首先,我们需要明确输出阻抗的定义。在放大电路中,当电路空载(即没有连接负载电阻)时,输出电压为U o 。当我们在输出端连接一个负载电阻R后,如果测得的输出电压变为原来的0.5倍(即放大倍数减小一半),那么根据分压原理,此时负载电阻R的大小就近似等于电路的输出阻抗。
放大倍数的计算公式
放大倍数的计算公式为:
A=ΔVinΔVo
在共射极放大电路中,这个公式可以进一步推导为:
A=− ΔV in R c ⋅ΔI c其中,R c 是集电极电阻,ΔI c 是集电极电流的变化量,ΔV in 是输入电压的变化量。负号表示输出信号与输入信号是反相的。
等效电路与并联电阻
现在,我们考虑在输出端连接一个负载电阻R z 。如果R z 等于R c ,那么这两个电阻就会并联在一起,其并联后的结果是一个阻值为0.5倍R c 的等效电阻。
放大倍数的变化
由于并联电阻的存在,集电极电流I c 在流经R c 和R z 时会产生分压。如果我们假设输入电压ΔV in 和集电极电流的变化量ΔI c 都没有变化,那么由于并联电阻的存在,输出电压ΔV o 就会减小。具体来说,由于并联后的电阻是0.5倍R c ,所以放大倍数A就会变为原来的0.5倍。
输出阻抗的确定
根据输出阻抗的定义,当放大倍数减小一半时,负载电阻R z
的大小就近似等于电路的输出阻抗。由于在这个例子中R z 等于R c 时放大倍数减小了一半,所以我们可以得出结论:共射极放大电路的输出阻抗大小即为集电极电阻R c 。
放大电路输出阻抗的定义是什么?当电路空载时输出电压为Uo时,带上负载R后,如果测得的输出电压变为0.5倍Uo的话(即放大倍数减小一半),根据分压原理,可得知电路的输出阻抗大小即为此时负载R的大小. 好,先记住这个定义。我们知道放大倍数的计算公式为:A=△Vo/△Vin,继续推导出A=-Rc*△Ic/△Vin(负号表示方向为反相).根据下面的等效图,当Rz等于Rc时,即两个电阻并联的结果为0.5倍Rc.根据上式:A=-Rc*△Ic/△Vin,因为△Ic和△Vin都没变,只有Rc部分缩小为0.5倍,可得知,此时放大倍数变为0.5倍A. 由此,根据上面输出阻抗的定义可得出,Rc的大小即为输出阻抗的大小。
总结:
共射极放大电路的输出阻抗为何是集电极电阻Rc,可通过定性和定量两种角度解释。从定性角度看,三极管可视为受基极电流控制的电流源,其输出电流稳定,不易受负载影响。因此,输出阻抗主要取决于集电极电阻Rc。从定量角度看,根据输出阻抗定义和放大倍数计算公式,当负载电阻Rz等于Rc时,放大倍数减半,此时Rz即近似为输出阻抗,故Rc为输出阻抗。集电极电阻Rc在共射极放大器中起到电流到电压转换的关键作用,并影响放大倍数。总结来说,共射极放大电路的输出阻抗是集电极电阻Rc,这既符合三极管的电流源特性,也符合输出阻抗的定义和放大倍数的计算公式。这一结论对于理解和设计放大电路具有重要意义。