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BJT老兵动圈麦克风前级放大电路优势分析

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发表于 2025-1-7 11:33:31 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 纯今 于 2025-1-7 20:46 编辑




用BJT共基极放大方式的动圈麦克风放大电路的输入级,确实更有利于降低噪声。这主要是因为共基极放大电路的设计特点和BJT自身的噪声特性在低阻抗信号源(如动圈式麦克风)条件下有优势。以下是详细的分析:

1. 动圈麦克风的低阻抗特点
  • 动圈麦克风的输出阻抗通常较低(几十到几百欧姆)。
  • 在低阻抗信号源下,热噪声较低,放大器的输入电流噪声对整体噪声的影响较小。
  • 此时,放大器的输入电压噪声成为主要噪声来源。

2. BJT 的低输入电压噪声
  • BJT 的输入电压噪声 ene_n 通常非常低,典型值在 0.5~2 nV/√Hz 范围内(具体取决于型号和工作点)。
  • 与场效应晶体管(FET)相比,BJT 的低电压噪声在低阻抗负载下表现更优。


3. 共基极放大电路的优势
  • 输入阻抗匹配:

    • 共基极放大电路的输入阻抗相对较低,非常适合直接耦合到低阻抗的动圈麦克风输出。
    • 这减少了阻抗失配引起的信号损失,并且优化了信号能量的传递。

  • 信号增益与噪声优化:

    • 共基极放大电路通过集电极负载电阻设置高增益,使信号电平显著提升,有效地降低后续级的噪声贡献。
    • 通过合理选择偏置点,可以优化 BJT 的工作条件,进一步降低输入电压噪声。

  • 减少噪声放大效应:

    • 在共基极配置中,动态电阻(信号源阻抗和输入电阻的并联值)对噪声贡献较小。
    • 动圈麦克风低阻抗的特性结合共基放大配置,有效抑制了寄生噪声。


4. 共基极放大电路的具体设计方法(1)偏置电路设计
  • 稳定的偏置点是关键:

    • 采用分压偏置或恒流源偏置设计,保证 BJT 的静态工作点稳定。
    • 动态信号可以在线性区放大,避免失真。

(2)合理选择集电极电流
  • 集电极电流越高,BJT 的输入噪声电压越低,但功耗会增加。
  • 在音频电路中,典型集电极电流设定为 0.5~1 mA,实现性能和功耗的平衡。

(3)负载电阻与增益
  • 集电极负载电阻 RCR_C 的值影响电路的增益。

    • 高增益可以减少后续级对噪声的贡献,但增益过高可能增加带宽限制。

(4)旁路电容
  • 发射极电阻通常用于稳定工作点,增加线性度。
  • 在高频噪声敏感的情况下,可以并联旁路电容,以在信号频率范围内短路发射极电阻,提升电路增益。


5. 为什么比其他拓扑噪声低与共射极放大比较:
  • 共射极电路的输入阻抗更低,但其输入端不适合直接连接动圈麦克风,会引起阻抗失配。
  • 共基电路多用于高频信号而非低频音频应用。

与场效应管比较:
  • FET 的低输入电流噪声在高阻抗负载下有优势,但其电压噪声较高,不适合低阻抗信号源。
  • 对于动圈麦克风(低阻抗),BJT 共射极电路具有更低的总噪声。

与运放比较:
  • 运放的输入噪声性能通常取决于内部的输入级(BJT 或 FET)。
  • 高性能运放可以接近 BJT 的噪声性能,但单独使用 BJT 共基极放大可以更灵活地优化增益和噪声性能。


6. 噪声优化设计技巧
  • 选择低噪声 BJT:

    • 选用专门为音频应用设计的低噪声 BJT,例如 2N4403、BC550、BC560 等。

  • 优化信号源阻抗匹配:

    • 输入阻抗的匹配可以最大程度地减少信号衰减。

  • 降低电源噪声:

    • 使用低噪声电源设计(如线性稳压电源),减少外部噪声耦合。

  • 电路布局与接地:

    • 确保 PCB 布局紧凑,良好的接地设计可以避免拾取电磁干扰。


总结使用 BJT 共射极放大方式作为动圈麦克风前置放大器的输入级,因其低输入电压噪声、增益灵活性和良好的阻抗匹配能力,非常有利于降低整体电路噪声。这种设计方法在低阻抗信号源(如动圈麦克风)的应用中表现尤为突出,成为高性能音频放大器的常见选择。




在这张电路图中,确实可以看到:
  • Q1 的集电极连接的 47k 电阻是它的集电极负载电阻。这个电阻的作用是为 Q1 提供一个负载电阻,从而将 Q1 的集电极电流转换成电压信号输出。
  • 56k 和 15k 电阻的串联分压网络的连接点接入 Q1 的基极,这个部分的作用主要是给 Q1 提供偏置电压,确保 Q1 在适当的静态工作点(线性区)运行。


详细分析1. 集电极负载电阻(47k)
  • Q1 是一个共射极放大电路,信号从基极输入,在集电极得到放大的输出信号。
  • 47k 负载电阻的作用:

    • 当麦克风拾取的音频信号输入到 Q1 的基极时,Q1 的集电极电流会随输入信号调制。
    • 47k 电阻将这种调制电流转化为调制电压,从而在集电极生成放大的电压信号。
    • 这个电阻的值直接影响电路增益。更大的电阻值会增加电压增益,但过大会限制带宽。

2. 分压偏置网络(56k 和 15k)
  • 偏置网络由 56k 和 15k 电阻串联组成,并连接到电源(+12V)和地。
  • 作用:

    • 这两个电阻组成了一个分压器,为 Q1 的基极提供适当的直流偏置电压。
    • 具体偏置电压由以下公式计算:VB=15k56k+15k×12VV_B = \frac{15k}{56k + 15k} \times 12V计算得:VB≈2.43 VV_B \approx 2.43 \, V
    • 这个基极电压会通过 Q1 的基极-发射极电压通常为 0.6到0.7V”,使发射极电压稳定在1.8到1.9V左右,确保Q1工作在放大区


为什么需要分压偏置?在放大电路中,晶体管必须有一个稳定的静态工作点(即集电极电压和电流在没有输入信号时的值),以确保输入信号能够在线性区域内被放大。如果偏置电压不足或者过高,晶体管可能进入截止或饱和状态,导致信号失真。
  • 优点:

    • 通过分压电阻设置基极偏置,可以避免晶体管过早饱和或截止。
    • 在麦克风输入信号变化时,Q1 可以很好地放大信号而不产生非线性失真。


总结
  • Q1 的集电极负载电阻(47k)是核心增益设置元件,将电流变化转换为电压信号。
  • 56k 和 15k 电阻构成分压网络,为 Q1 的基极提供稳定的直流偏置电压,确保其工作在适合的线性放大区间。



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参与人数 1家元 +12 收起 理由
jf201006 + 12 謝謝分享

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发表于 2025-1-7 14:29:46 | 显示全部楼层
看了你这帖子,我都忘了共基极电路是啥样了。

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参与人数 1家元 +8 收起 理由
纯今 + 8 熱心會員

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 楼主| 发表于 2025-1-7 14:59:45 | 显示全部楼层
kkdkj 发表于 2025-1-7 14:29
看了你这帖子,我都忘了共基极电路是啥样了。

模拟大师来访,小帖蓬荜生辉

我这是笔记,方便日后找到

临走,给您包个红包,意思意思
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发表于 2025-1-7 17:26:50 | 显示全部楼层
这帖子是你自己编辑的还是从哪复制的?你确定这是共射极电路?
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 楼主| 发表于 2025-1-7 18:00:44 | 显示全部楼层
kkdkj 发表于 2025-1-7 17:26
这帖子是你自己编辑的还是从哪复制的?你确定这是共射极电路?

暴露了你模拟大师的才华

分析是错误的,其实,这是第一级围绕Q1构建,工作在共基极配置,我是搞错了,还扯了一篇,对不起
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发表于 2025-1-8 09:47:03 | 显示全部楼层
谢谢分享,拆机技术分析帖,有干货
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发表于 2025-1-8 09:59:49 | 显示全部楼层
还有这样的用法,学习了
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发表于 4 天前 | 显示全部楼层
开头说BJT共基极,后面的总结又说共射极,我承认把我30年来本已渐渐淡忘的模电搞得更糊涂了~
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