单元十二达灵顿放大器与应用.DOC

單元十二達靈頓放大器與應用12 - PAGE 2 單元十二 達靈頓放大器與應用 12 - PAGE 11 單元十二達靈頓放大器與應用12 - PAGE 2 單元十二達靈頓放大器與應用12 - PAGE 1 單元十二達靈頓放大器與應用12 - PAGE 1 單元十二達靈頓放大器與應用 實習12-1：增益測試 一. 相關原理 某些應用電路需要高輸入阻抗，以減輕負載效應。當電晶體作為開關時，對於小於500k?的輸入阻抗，一般的射極隨耦器即可實現。而當需要更高的輸入阻抗時，則需用如圖12-1之達靈頓放大電路，它由兩個射極隨耦器組成。第一個電晶體的射極電流為第二個電晶體的基極電流，而第二個電晶體的輸入電阻就是第一個電晶體的射極負載。 圖12-1為交流小訊號情況下的達靈頓射極隨耦器，可將與RE並聯之阻抗忽略不計，則可得到第二級Q2的電流增益與輸入阻抗為下： Zi2=(1+hfe2)RE ( 12-1 ) Ai2=IO/I2=Ie2/Ib2=1+hfe2 ( 12-2 ) 圖12-1達靈頓射極隨耦器 Q2之輸入阻抗Zi2為第一級Q1的ZL，在大小上與1/hoe1很接近，因此需考慮其效應，故電流增益以低頻混合π模型( Hybrid-πModel )分析時為，此時ZL=Zi2=(1+hfe2)RE，可得 ( 12-3 ) 總電流增益 ( 12-4 ) 設Q1、Q2為同規格之電晶體(hfe1=hfe2=hfe，hoe1=hoe2=hoe)，因hoehfeRE≦0.1 ( 12-5 ) 可簡化成Ai≒(1+hfe)2 ( 12-6 ) 圖12-1中，Zi2≒(1+hfe2)RE是第一級的“射極電極”，而第一級的輸入阻抗Zi依射極電阻反射定理為 ( 12-7 ) Zi≒(1+hfe)2RE ( 12-8 ) 因，第一級Q1之基極端阻抗Ri1=RS+hie1，Q1之射極輸出阻抗由電阻反射定理，可知輸出阻抗為 ( 12-9 ) 則第二級Q2之射極端阻抗為，因此第二級Q2之ib2為Q1之ib1的(1+hfe1)倍，故hie1=(1+hfe1)hie2，若Q1、Q2為相同或類似電晶體，則 ( 12-10 ) 由上述之理論推導，可知： (1) 達靈頓放大器比單射極隨耦器電流增益為高，見(12-6)式。 (2) 輸入阻抗比單射極隨耦器高，見(12-8)式。 (3) 電壓增益特性與單射極隨耦器相同，略小於1。 (4) 輸出阻抗比單射極隨耦器大或小，視RS對hie2的比值而定，如Rs=0則達靈頓的輸出阻抗為單射極隨耦器的兩倍，見(12-9)式與(12-10)式可以比較出。 圖12-2為一合成的電晶體，製造商將兩個電晶體製作在一個電器包裝內，變成一個單極電晶體，但是有極高的β值。由於達靈頓對隨耦器之輸入阻抗大、電流增益大，常被用來當作輸出級放大器以驅動需大電流之負載，如交直流界面常用之SSR( Solid-State Relay，靜態繼電器 )或繼電器等。 圖12-2 單一包裝之達靈頓對 二. 實習步驟 (1) 按圖12-3接妥電路。 (2) 將Vs電壓之頻率固定為1kHz，並調整輸入振幅大小，使得Vo得到一最大不失真的正弦波。 (3) 以示波器分別觀測VA、Vo電壓，再利用，求出電壓增益AV。 (4) VS固定不變，將圖12-3當作一放大器，串連2M?的RX可變電阻形成圖12-4，首先將RX歸零，測量V1值，後改變RX使V1為原來電壓之1/2，則此時RX即為達靈頓放大器之輸入阻抗Zi。 (5) 維持VO不變，將圖12-3當作成一放大器，在其VO端並聯一2M?的RX可變電阻，接成圖12-5。先測量VO電壓，後調整RX，使VO變為原來電壓之1/2，則此時RX即為達靈頓放大電路之輸出阻抗ZO。 (6) 計算電流增益 (7) 將RE由1k?改成2k?，重覆步驟(2)～(6)，並記錄其結果於表12-1中。 圖12-3 達靈頓對放大器實驗電路 圖12-4 達靈頓對輸入阻抗實驗電路 圖12-5 達靈頓對輸出阻抗實驗電路 三. 結果數據 表12-1 達靈頓對增益測試實驗數據 數據 RE VO VA AV=VO/VA Zin ZO Ai=AV(Ri/RO) 1k? 2k? 實習12-2：達靈頓放大器應用(一)：光電控制 一. 相關知識 依光線強弱之變化而控制電氣元件狀態，如開關等之變化的控制電路，稱為光電控制。 圖12-6為光電控制電路圖，其中硫化鎘( CdS )光敏電阻在光線強時( 較亮 )，其電阻變小；光線弱時，則電阻變大。故當光敏電阻受光時，電阻變小，分壓後Vc亦變小，無法使繼電器吸持，所以整個電路沒有動作；當光敏電阻被遮敝時，電阻變大，分壓後Vc電壓相對增加，達靈頓對