s8050三极管经典电路_浅谈电路的PSRR（电源纹波抑制比）
最近被邀請回答一個關于電源擾動對電路影響的問題，本來想簡單回答一下，結果回想起工作后第一個項目有一個翻車的地方，就越寫越多，干脆寫成文章好了。
這不是一篇實用的文章，主要是我自己的思路，以及一些看起來比較有趣但沒啥實用價值的電路，如果已經遇到了PSRR造成的問題，網上能找到很多相關的資料。
PSRR一般定義成電源擾動與電路輸出的比，因為分子分母的定義不太一樣，在不同的地方見到PSRR，可能會差一個負號，不影響意思的表達，本文約定PSRR為正，即：
我們先看一個簡單的問題：已有10V的電源，如何得到5V？能想到最簡單的方法就是電阻分壓，兩個阻值相同的電阻串起來接到電源上，電阻中間剛好是電源電壓的一半5V。
簡單吧，接下來問題難度加大，如果是一個有噪聲的10V電源，如何得到一個純凈的5V？
簡單的電阻分壓這個時候電阻分壓的效果就不好了，分壓比對于電源和噪聲來說是無差別的，都是衰減6dB，也就是說這個電阻分壓電路的PSRR是6dB。
分壓輸入與輸出為了進一步衰減噪聲，我們很容易想到加電容濾波的做法。在輸出加上1uF的電容，噪聲由之前的大約400mVpp降低到了8mVpp，降低了50倍，這時的PSRR為40dB。不過這樣的作法也能看到明顯的缺陷，首先對低頻噪聲的抑制效果并不好，其次電容太大會嚴重拖慢電路從上電到達穩態的時間。
電阻分壓和濾波輸入與輸出如何進一步降低輸出噪聲？無限制增加電容，當然不現實，電阻分壓的方法基本到頭了。
現在請出半導體器件。在較寬電源范圍下，能產生相對恒定電壓的半導體器件，首先想到的就是穩壓二極管。
穩壓二極管穩壓輸入與輸出現在噪聲大概9mVpp，比之前帶濾波的電阻分壓要高一點，雖然有點惡化了，但我們還沒有加入電容，算是有得有失吧。
到這里還不算結束，有沒有方法在不加入電容濾波的情況下，進一步降低這個電路的噪聲呢？當然有，我們可以使用恒流源偏置二極管。現在噪聲下降到了140uVpp，PSRR增加到約76dB，是非常顯著的提升。
不過現實中穩壓二極管也有很多缺點，比如電壓值不如電阻分壓靈活，自身會產生噪聲等等，當然這些都是后話，也有相應的解決方案，篇幅原因這里就不展開了。
恒流源偏置的穩壓二極管輸入與輸出為什么穩壓二極管在沒有電容的情況下，仍然可以衰減電源過來的噪聲？
我們來看一看穩壓二極管的伏安特性曲線。當穩壓二極管反向擊穿的時候，擊穿電壓隨反向擊穿電流的變化非常不顯著，或者說即使反向擊穿電流波動較大，擊穿電壓也幾乎不發生變化。自然的，電源電壓存在波動影響到了反向擊穿電流，但擊穿電壓幾乎不發生變化，這樣就把電源噪聲衰減了。
大部分情況下，我們就是利用半導體器件這種非線性伏安特性來穩壓的。這樣思路能更開闊一點，除了使用穩壓二極管，還可以使用普通二極管正向偏置特性來穩壓，就是要多串幾個二極管...還有腦洞更大的用正偏的LED來穩壓。
上面用到的JFET恒流源也是利用半導體器件的非線性來做到近似橫流的，這里也不展開了。
穩壓二極管伏安特性曲線，圖片來自wikipedia講了這么久分壓和穩壓，可這關其他的電路什么事呢？還記得模擬電路教科書上那個經典的分壓偏置放大電路吧，這個電路的PSRR是多少呢？如果換成剛才講的穩壓管進行偏置，電路的PSRR又是多少呢？
我的第一個項目就是在這里翻車了。整個系統單電源供電，需要用交流耦合的放大器去放大一個信號，為了保證放大器的凈空最大，自然要將輸入偏置到1/2VCC，理所當然的用倆電阻把VCC分壓了。不巧的是這個VCC是從開關電源過來的噪聲不小，更不巧的是我需要放大的信號很微弱，放大器的增益很高。于是我在放大器的輸出端得到了...放大的開關電源噪聲。
影響電路PSRR肯定不止偏置電路這一種途徑，現在我們來看看上面那個穩壓管偏置的放大器。這是一個電壓跟隨器，理想情況下輸出應該略小于輸入，可仿真結果卻是輸出比輸入大了17倍還多，顯然不符合預期。
通常認為三極管集電極電流只受到基極電流的控制而與集電極電壓無關，所以有
其中基極電流和集電極電壓無關
這樣看似乎說不通，集電極電流與集電極電壓無關，那發射極輸出也應該與集電極電壓無關。不過我們需要注意，這個公式是簡化后的模型，實際的晶體管模型比這個復雜得多，只是為了方便計算，近似的時候忽略了小項。
我們可以從另一個角度去看這個問題，三極管有一種特性叫做厄利效應（Early effect）。在考慮厄利效應的情況下，三極管集電極電流的公式為
其中VA為厄利電壓，與特定的器件有關
現在集電極電流是與集電極-發射極電壓相關的函數了，在上面的電路中因為基極電壓恒定，所以發射極電壓也基本恒定，可以近似認為集電極電流與集電極電壓有關。因為多數情況下有VA>>VCE，所以大多數情況下這一項都作為小項忽略了。
再看看考慮厄利效應以后的三極管輸出特性曲線
三極管輸出特性曲線，圖片來自wikipedia在放大區，由于厄利效應的存在，恒定基極電流時，集電極電流不再是平行于x軸的直線，而是一條斜線，這意味著VCE發生變化時，IC也跟著發生變化。
也就是說除了偏置電路以外，晶體管本身的特性也會影響電路的PSRR，不要天真的以為避開了電阻分壓就能避免PSRR帶來的麻煩。當然還有很多途徑比如各種耦合和串擾，也會影響PSRR，這里就不展開了，此外因為這些途徑的影響程度通常隨頻率變化，電路的PSRR特性也是隨頻率變化的。
所以在進入電路之前，還是盡可能把電源噪聲搞干凈吧，不要太依賴電路自己對電源噪聲的抑制能力。
那就順便看看一些可以改善電源噪聲的例子。
當負載不重的時候，簡單的RC濾波就能起到較好的效果，這種做法常見于各種低功耗模擬電路供電，部分電源控制IC也通過這個方法來隔離功率電源和小信號電源。
LC濾波在射頻領域見的比較多，元件選用得當對高頻噪聲的抑制效果較好，低頻時不太好用，因為需要很大的電感量，電感的體積會無法接受。
電容倍增器是一個比較有意思的電路，它通過三極管的電流放大倍數把接在基極的電容“放大”了，假設Q1的β是100，那這個RC乘積等效于1kΩ*100uF而不是1kΩ*1uF，這個RC的低通效果成倍增長，這也是為啥這玩意叫電容倍增器。選取合適的三極管和RC，電容倍增器能夠輸出極度干凈的電源，比市面上能買到的低噪聲電源都好。不過需要注意，電容倍增器不能穩壓，輸出電壓會隨著負載電流變化，此外RC乘積太大也會導致上電達到穩態的時間變得異常緩慢。這個電路在一些對電源噪聲極度敏感但功耗又不高得場合有一定得應用，尤其是模擬負電源（因為PNP工藝比NPN差，所以通常負壓的LDO性能比正壓的差得多，不過最近LT的新產品改變了這個狀況）。
最后是LDO電源，LDO電源差不多可以看作一個有源的濾波器，能夠把比較臟的電源濾干凈，需要注意的是輸入輸出電壓一定要大于LDO的最小壓差，不然LDO幾乎不濾除輸入的噪聲。LDO也有自己的PSRR，所以在使用LDO濾波前，先要盡可能把輸入濾除干凈，尤其是把高頻噪聲濾干凈。
最后來看一個比較有趣的例子。
這是一個巧妙利用正反饋的例子：穩壓管D1的輸出接到放大器同相輸入端，放大器的輸出通過R1對D1進行偏置，R4是為了保證電路啟動時不會被正反饋鎖死在相反的方向而不能工作。穩壓管穩定的電壓通過放大器適當放大進而偏置穩壓管，這樣只要穩壓管電壓穩定，放大器輸出電壓也穩定，穩定了穩壓管的偏置電壓，穩壓管的輸出就更穩定...不過需要擔心的還是U1的PSRR。這個電路仿真出來的PSRR有95dB，應該還有不小的優化余地。
總結
以上是生活随笔為你收集整理的s8050三极管经典电路_浅谈电路的PSRR（电源纹波抑制比）的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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