电容自举电路电路图大全（六款电容自举电路设计原理图详解） - 全文

自举电路是指用电容器使放大电路中某部分产生自举现象，从而达到提高电路的增益和扩展电路的输出动态范围，使电容放电电压和电源电压叠加，从而使电压升高．有的电路升高的电压能达到数倍电源电压。

工作原理

图1是一个简单的电路，由欧姆定律可知，电阻R上流过电流为I=Va/R，如果我们在图1这个电路的基础上增加一级射极跟随电路，如图2所示，由于射极跟随电路的电压放大倍数小于1，但又非常接近于1，假设射极跟随电路的电压放大倍数为0.95，则三极管的Ve=0.95VB，由于电容C对交流而言，相当于短路，所以B点的电压VB等于发射极电压，即VB=VE，而点A的电压就是VB，所以此时流过电阻R的电流为：

从以上可见，由于电容C的作用，流过电阻R的电流仅为原来的1/20.对局部电路而言，也就是相当于大怒R增大了20倍，从而实现了电路参数的自举。所以能自举，是由于电容C的加入。结论就是：电路的自举就是利用电路中不同节点的电位差，通过电容的反馈作用来改变电路某一点的点位，使电路中的电位发生改变，从而减少流过电阻中的电流，使得电阻两端的等效电阻值变大，达到提高电路增益的目的，若从反馈的角度来看自举，实质上是一种特殊形式的正反馈。

电容自举电路电路图（一）

在图中，当vI =0时，vD=VD=VCC-Ic3R3 ，而vK=VK=VCC/2，因此电容C3两端电压被充电到VC3=VCC/2-Ic3R3。

当时间常数R3C3足够大时，vC3（电容C3两端电压）将基本为常数（vC3 »VC3），不随vi而改变。这样，当vi为负时，T1导电，vK将由VCC/2向更正方向变化，考虑到vD=vC3+vK=VC3+vK ，显然，随着K点电位升高，D点电位vD也自动升高。因而，即使输出电压幅度升得很高，也有足够的电流iB1，使T1充分导电。这种工作方式称为自举，意思是电路本身把vD提高了。

电容自举电路电路图（二）

对JFET放大器的衬底进行自举的减小又JFET输入电容的非线性引起的失真，在这个电路中，第二反馈分压器使U1的衬底自举，当R1=500KM（源阻抗）时，在10KHz上的总谐波失真（THD）减小了个数量级。

电容自举电路电路图（三）

OTL功率放大器中要设自举电路，图3所示是自举电路。电路中的C1，R1和R2构成自举电路。C1为自举电容，R1O 隔离电阻，R2将自举电压加到VT2基极。B140-13-F VT1集电极信号为正半周期间VT2导通、放大，当输入VT2基极的信号比较大时，VT2基极信号电压大，由于VT2发射极电压跟随基极电压，VT2发射极电压接近直流工作电压+V，造成VT2集电极与发射极之间的直流工作电压减小，VT2容易进入饱和区，使三极管基极电流不能有效地控制集电极电流。

图3

（1）换句话讲，三极管集电极与发射极之间直流工作电压减小后，基极电流增大许多才能使三极管集电极电流有一些增大，显然使正半周大信号输出受到抑制，造成正半周大信号的输出不足，必须采取自举电路来加以补偿。自举电路实质是在放大器的局部引入正反馈。

（2）自举电路静态分析。静态时，直流工作电压+V经Rl对Cl充电，使Cl上充有上正下负的电压UC1，这样电路中B点的直流电压等于A点的直流电压加上UC1，B点的直流电压高于A点电压。

（3）自举过程分析。加入自举电路后，由于Cl容量很大，它的放电回路时间常数很大，使Cl上的电压Uci基本不变。正半周大信号出现时，A患电压升高导致B点电压也随之升高。电路中，B点升高的电压经R2加到VT2基极，使VT2基极上的信号电压更高（正反馈过程），有更大的基极信号电流激励VT2，使VT2发射极输出信号电流更大，补偿VT2集电极与发射极之间直流工作电压下降而造成的输出信号电流不足。

（4）隔离电阻作用。自举电路中，Rl用来将B点的直流电压与直流工作电压+V隔离，使B点直流电压有可能在某瞬间超过+ Vo当VT2中正半周信号幅度很大时，A点电压接近+V，B点直流电压更大，并超过+V，此时B点电流经Rl流向电源+V（对直流电源+V充电）。如果没有电阻Rl的隔离作用（分析视Rl短接），则B点直流电压最高为+V，而不可能超过+V，此时无自举作用。可见设置隔离电阻Rl后，大信号时的自举作用更好。

电容自举电路电路图（四）

（1）存在问题

上述情况是理想的。实际上，图１的输出电压幅值达不到Vom= Vom/2，这是因为当vi为负半周时，T1导电，因而iB1增加，由于RC3上的压降和VBE1的存在，当K点电位向+VCC接近时，T1的基流将受限制而不能增加很多，因而也就限制了T1输向负载的电流，使RL两端得不到足够的电压变化量，致使Vom明显小于VCC/2。

（2）改进办法

如果把图１中D点电位升高， 使VD＞+VCC， 例如将图中D点与+VCC的连线切断，VD由另一电源供给，则问题即可以得到解决。通常的办法是在电路中引人R3、C3等元件组成的所谓自举电路，如图１所示。

（3）自举电路的作用

静态时

当R3C3足够大时，VC3不随vi变化，可认为基本不变。这样，当vi为负时，T1导电， vK将由VCC/2向更正方向变化， 考虑到vD=vC3+vK= VC3+vK，显然，随着K点电位升高，D点电位vD也自动升高。 因而，即使输出电压幅度升得很高，也有足够的电流iB1，使T1充分导电。这种工作方式称为自举，意思是电路本身把vD提高了。

电容自举电路电路图（五）

工作情况分析

电容自举电路电路图（六）

本项目的IPM型号选用IGCM20F60GA。图2是IPM自举电路原理图。由图2可知，自举元件一端接电路的输入部分，另一端接到同相位的输出电路部分，借输入、输出的同相变化，把自己抬举起来，即自举元件引入的是正极性的反馈。

对原理图中第一路自举电路进行分析。IPM模块自举电路仅由自举电阻R62、自举二极管D9和自举电容E1组成，因此简单可靠。其电路基本工作过程为：当VS因为下桥臂功率器件导通被拉低到接近地电位GND时，控制电源VCC会通过R62和D9给自举电容E1充电。当上桥臂导通，VS上升到直流母线电压后，自举二极管D9反向截止，从而将直流母线电压与VCC隔离，以防止直流母线侧的高压串到控制电源低压侧而烧坏元器件。此时E1放电，给上桥臂功率器件的门极提供驱动电压。当VS再次被拉低时，E1将再次通过VCC充电以补充上桥臂导通期间E1上损失的电压。这种自举供电方式就是利用VS端的电平在高低电平之间不停地摆动来实现的。如图2所示，自举电路给E1充电，E1的电压基于上桥臂输出晶体管源极电压上下浮动。

由于运行过程中反复地对自举电容进行充放电，因此必须选择适当的参数，保证自举电容上的电压在电机运行时保持高于欠压锁定电平。

由上述分析可知，要保证E1的跌落电压能够得到及时、完全的补充，自举电路对下桥臂最小导通时间有一定的要求。但是若能正确选择各元器件参数，自举电路对下桥臂最小导通时间的限制将会大大降低。