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自举电路在电路设计中的应用

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）]//[rbe+(1+β)(R4//RL)]
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-，此时流过R3的电流为
=（-）/R3=（-）/R3
由于电路的跟随着变化而变化，即≈，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。

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3是一典型射极跟随器电路，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4所示的分压式偏置，虽然可以解决电路的工作点稳定问题，但因为R1、R2的取值受到限制，而此时电路的输入电阻是
Ri=[R1//R2]//[rbe+(1+β)(R4//RL)]
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。

图4

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，当输入信号为时，射随器的输出电压=*。因为射极跟随器的电压增益AV≈1，所以≈。通过电阻R3中的电流
=（-）/R3
这一值是极小的，所以R3支路对交流信号的等效电阻R3ˊ的数值很大
R3ˊ=/IR3=R3/（1-）
电路此时的输入电阻为
Ri=R3ˊ//[rbe+(1+β)(R4//RL)]≈rbe+(1+β)(R4//RL)。
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、R3、R5组成自举电路。当未加C3（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UCE（sat）-Vcc/2≈-Vcc/2

当输入信号ui为负半周最大值时，使T1截止，T2的基极电位等于电源电压Vcc减去Rc1（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（sat）。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。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，uo的幅值增大。
由于uP=Uc+uE=Vcc/2+uE，即uP会随uE的升高而自动抬高。当uo接近Vcc/2时，uE的瞬间电位可达Vcc，此时uP=Vcc+Vcc/2=1.5Vcc，从而能保证供给T2基极足够大的基极电流，使其达到饱和状态，使