射极跟随器

作者：吴俊东

射随，是我们通常对射极跟随器的简称，其实也就是共集电极放大器，它的特点：

1、晶体管射随电路具有较高的输入阻抗和较低的输出阻抗--基极回路电阻的1/1+β(β是晶体管的直流放大系数，也就是三极管规格书中的hFE,BC857AW正常工作时为250)，具有隔离阻抗变换的作用。

2、电流增益很大，Ie=Ib(1+β)。

3、电压增益接近1，输入信号与输出信号同相，大小基本相等，这也是射随名字的由来。

由于射随的这几个特点，我们将其用在例如中放VIDEO输给DECODER，DECODER 的AV OUT等电路，弥补原先器件输出电流小，带载能力不足的缺点，减少后级电路对前级电路的影响,从而达到增强电路的带负载能力和前后级阻抗匹配,射随器同时还可以隔离逆向干扰，一路信号可以通过两个射随分成两路，而不会互相干扰，所以AV OUT，AUDIO OUT 也经常使用这个电路。目前我们常用的射随电路根据使用PNP或NPN三极管也有两种形式：

A、PNP

图1

上面这个电路经常用于我们的AV OUT电路。输入信号VIDEO IN波形变高时，三极管截止，VCC通过R1给C1充电；输入信号VIDEO IN波形变低时，三极管导通，C1通过导通的三极管对地放电。

电路形式看似很简单，器件不多，但如果器件使用不当的话，很容易造成输出波形失真：

1、电容C1：

C1在这个电路中起着仅次于三极管的作用。电容的特性直观的说就是会保持电容两端电压不突变，电容量越大，这个阻止电压突变的能力就越强。而通常我们说的通交流隔直流，可以通过这个公式来分析：

电路中电容的容抗Xc=1/2πf C ，其中f为信号的频率，C为电容量的大小。

那么也就是说，当C不变时，频率越高，容抗Xc越小，那么电流越大，信号越容易通过。那么为什么直流会被隔离呢？直流电平，相当于f=0,这时候容抗Xc=无穷大，相当于开路，信号自然无法传送过去了。

当f不变时，C越大，容抗Xc越小，那么电流越大，信号越容易通过。这也就是为什么我们平时在选用电源滤波电容时，用uF级的电容来滤除几十Hz的纹波，而用nF级的电容，来滤除几十kHz的纹波。

（uF×10Hz=nF×10kHz）

再回到图1这个电路，如果C1选用的电容量太小的话，会导致VIDEO信号中高电平稳不住，场同步期间(也就是信号的低电平)的低电平也稳不住。如下图所示，图2为C1=1000uF 时VIDEO OUT的波形，信号上部和场同步基本不失真。图3为将C1改为100uF之后的波形，信号上部及场同步头明显失真(我们通常说的摆头)。

图2

图3

为什么电容量的大小会导致这样的信号失真呢？有2种方法可以分析：

方法1：

交流电路中，电容的等效容抗Xc=1/2πf C，那么射随电路的输出口等效电路为：

图4

对于理想电路，Xc=0,Vo= Vo=Vi×R5/( R4+R5)=0.5Vi，我们的实际电路中，如果取C=100uF,这时候Xc=1/2πf C,其中f=50,C=100uF,则Xc=31.84欧，

代入Vo=Vi×R5/(Xc+R4+R5)得：

Vo=75Vi/(31.84+75+75)=0.41Vi，输出波形失真(0.5-0.41)/0.5=17.5%,所以能看到图3中的扭曲失真。

如果我们取C=1000uF,这时候Xc=3.18欧，代入得：

Vo=75Vi/(3.18+75+75)=0.4896Vi,失真只有(0.5-0.4896)/0.5=2%，所以图2中基本看不出失真来。

有人要问，用这种方法来看，失真是因为电容的阻抗分压导致接收端R6的幅度Vo变小导致的。可是从图3的实际波形来看，无论是场同步期间还是信号高电平的波形都只是扭曲，而幅度并没有变小，这是为什么呢？

其实，幅度有变小，但变小的是低频信号。整场的信号可以看做是由频率50Hz的低频信号(场同步期间的低电平和信号高电平)与频率15k左右的行周期信号组成的。对于低频信号，由于容抗Xc=1/2πf C较大，所以幅度减小，以场同步期间波形为例，原始波形为：

低频的低电平经过电容后变成：

高频的行开槽信号经过电容后，因频率较高，基本直通，幅度不变：

叠加后最终的输出波形就象图3一样，整个向上扭曲：

方法2：

我们先来看看电容充放电过程：

图5

图5中，电容两端原始电压为U0，之后电容通过负载R放电，

时间t后电容两端电压Uc=U0e-t/RC

充电过程为上面这个过程的逆过程，大家可以自己分析。

将上面这个公式用到下图6后，可以看出，当VIDEO信号过来一个场同步头--低电平Vo 时，三极管导通，电容C1通过三极管放电

图6

但如图5，因为C1放电，所以场同步这个低电平Vo无法保持，时间t后Vo的实际电平

Vt=Vo e-t/RC

现在如图3，取C=100uF,

e=2.71828

t=低电平持续时间=2ms(虽然场同步上还有例如开槽脉冲等信号，但这些信号是高频的，对直流电平不会有影响，所以不用考虑，所以t应该取整个场同步周期，约=1/10场周期=2ms)

R=R4+R5=150

代入后可求得：Vt/Vo=0.878,失真12.2%

如果C=1000uF, Vt/Vo=0.987,失真2.2%

可以看出，用这种方法计算的结果和方法1的结果近似。

∙由以上分析可得，电容C1越大，波形失真越小，但受布板空间及成本限制，推荐C1选取470uF.此时Vt/Vo=0.972,失真2.8%,已经能满足要求。

∙由以上这两个公式也可以解释另一个问题：为什么音频电路中的隔直电容可以用的很小？因为音频电路的负载电阻很大(10k or 47k)，因此要保持同样的失真度的话，电容C只需要视频中的几百分之一，所以音频电路中的隔直电容一般为nF级的。

2．电阻R1：

下图7为输入亮点信号(为什么用这个信号后面分析)时，VCC=5V，R1=100欧时AV OUT 的波形(已带75负载)，输出的信号幅度为562mV，将R1改为470后，如图8所示，同步头不变，但信号幅度只剩下237mV,上面部分的波形都被切掉了：

图7

图8

为什么会有这样的问题？R1该如何取，是否将R1改小就能解决这个问题？分析如下：

例如图7中，AV OUT 波形幅度562mV,那么C1负极的幅度就是562*2=1124mV,也就是说C1负极处的最高电平为1124mV。可以求出达到这个电平瞬间的通过C1电流

Ir=U/R=1124/150=7.5mA。