單管共射放大電路原理圖解析

　　一、共射極放大電路

　　共射電路是放大電路中應用最廣泛的三極管接法，信號由三極管基極和發(fā)射極輸入，從集電極和發(fā)射極輸出。因為發(fā)射極為共同接地端，故命名共射極放大電路。

　　上圖為共射極放大電路，輸入回路與輸出回路以三極 管的發(fā)射極為公共端。輸入信號ui通過電容C1加到三極管的基 極，引起基極電流iB的變化，iB的變化又使集電極電流ic發(fā)生變 化，且ic的變化量是iB變化量的β倍。由于有集電極電壓，uCE= UCC-iCRC，uCE中的變化量經耦合電容C2傳送到輸出端，從而得 到輸出電壓uo。當電路中的參數選擇恰當時，便可得到比輸入信 號大得多的輸出電壓，以達到放大的目的。

　　1、輸入信號和輸出信號反相；

　　2、有較大的電流和電壓增益；

　　3、一般用作放大電路的中間級。

　　4、共射極放大器的集電極跟零電位點之間是輸出端，接負載電阻。

　　共射極放大電路信號傳遞

　　信號傳遞如圖所示，共射極放大電路所要放大的是交流小信號Vi，Vi通過耦合電容C1以電壓的形式加到三極管的B~E之間，以電流的形式通過B~E。電子（負電荷）的傳遞方向為E~B。Vcc和Rb用來提供B~E接面適當的正向偏壓以及可使三極管進入線性工作區(qū)的電流。這個部分稱為輸入回路。Vcc和Rc用來提供B~C接面適當的反向偏壓。電子（負電荷）的傳遞方向為B~C。集電極收集大量電子（負電荷），少數空穴（正電荷）漂移到基極與基極的空穴一起復合掉一部分E向C的電子（負電荷）。被復合掉的基區(qū)空穴由基極電源Eb重新補給。由于E的電子濃度大于B，電位小于B，電源Eb在補充空穴的同時帶來了從E~B~C的大量電子。三極管完成放大電流作用。放大了的信號電流通過Rc在C極上產生壓降。這個壓降就是輸出端信號電壓，是交流，可以通過電容C2耦合出去。Vcc，Rc和三極管CE極構成輸出回路。RL是負載電阻。

　　二、實驗原理及電路

　　晶體三極管由半導體材料硅或鍺制成。各種管的外形和管芯在制造工藝上各有不同，但最基本的結構只有NPN型和PNP型兩種，管芯內部包含由兩個PN結組成的三個區(qū)（發(fā) 射區(qū)、基區(qū)、集電區(qū)）。

　　三極管的工作狀態(tài)可以分為以下三個區(qū)域：

　?。?）截止區(qū) 減小基極電流IB、集電極電流IC也隨著減小，當IB=0時，IC≈0，即特性曲線幾乎與橫軸重合，這時，三極管相當于一個斷開的開關。

　?。?）飽和區(qū) 三極管的發(fā)射結、集電結均處于正向偏置，IC基本上不受IB控制（IC≠βIB），晶體管失去了電流放大作用。這時，VCE很小，晶體管相當于一個接通的開關，使電源電壓VCC幾乎全加到集電極電阻RC上。

　?。?）放大區(qū) 發(fā)射結正向偏置、集電結反向偏置，IC的變化取決于IB（IC=βIB），基本上與VCE無關，晶體管具有電流放大作用。這時晶體管工作于線性放大區(qū)。 截止、放大、飽和三個區(qū)的VBE數值見表1-1。

　　表1-1 VBE數值表

　　對放大器的基本要求是：有的電壓放大倍數，輸出電壓波形失真要小。放大器工作時，晶體管應工作在放大區(qū)，如果靜態(tài)工作點選擇不當，或輸入信號過大，都會使輸出波形產生非線性失真。一般采用改變偏置電阻RB的方法來調節(jié)靜態(tài)工作點。當放大器的輸入信號幅值較小時，在保證輸出電壓波形不失真的條件下，常選取較低的靜態(tài)工作點，以降低放大器噪聲和電源的能量損耗。實際使用中，常通過測量RC上電壓的方法來測量集電極電流IC。

　　放大器的電壓增益Au可用交流輸出電壓峰值Uop除以輸入電壓峰值Uip來計算

　　在單級共射放大器中，集電極等效交流負載電阻R’L為

　　晶體管的輸入電阻rbe可估算為

　　式中，IE為靜態(tài)發(fā)射極電流，也可用靜態(tài)集電極電流ICQ來代替。

　　當發(fā)射極旁路電容CE的容量足夠大時，CE的容抗近似于零，CE與發(fā)射極電阻RE的并聯總阻抗也近似于零，晶體管的發(fā)射極相當于交流接地，則電壓增益的計算公式為

　　放大器的輸入電阻Ri為分壓電阻RB1，RB2及晶體管輸入電阻rbe三者的并聯值，即

　　Ri=RB1∥RB2∥rbe

　　輸出電阻Ro近似等于集電極負載電阻RE，則有

　　Ro=RE

　　當發(fā)射極旁路電容CE斷開時，在發(fā)射極電阻上產生串聯電流負反饋，則電壓增益為

　　這時輸入電阻Ri為RB1，RB2和［rbe+（1+β）RE］的并聯值，即

　　Ri=RB1∥RB2∥［rbe+（1+β）RE］

　　輸出電阻Ro仍近似等于集電極負載電阻RC。

　　圖1-1 單管共射放大電路實驗原理圖

　　三、實驗內容及步驟

　　1、晶體管工作在放大狀態(tài)下有關參數的測量

　?。?）創(chuàng)建如圖1-1所示單管共射放大電路。單擊仿真開關，進行仿真分析。調節(jié)基極偏置電阻RW，觀察示波器輸出波形，使三極管工作在放大狀態(tài)。用數字萬用表或動態(tài)測試探針分別測量節(jié)點電壓VB、VC、VE及輸出電壓Uo，并記錄測量結果于表1-2中。

　?。?）在電路中加上負載電阻RL=4.7 KΩ。單擊仿真開關，進行仿真分析。調節(jié)基極偏置電阻RW，觀察示波器輸出波形，使三極管工作在放大狀態(tài)。用數字萬用表或動態(tài)測試探針分別測量節(jié)點電壓VB、VC、VE及輸出電壓Uo，并記錄測量結果于表1-2中。

　?。?）把電路集電極偏置電阻RC改為5.1 KΩ。單擊仿真開關，進行仿真分析。調節(jié)基極偏置電阻RW，觀察示波器輸出波形，使三極管工作在放大狀態(tài)。用數字萬用表或動態(tài)測試探針分別測量節(jié)點電壓VB、VC、VE及輸出電壓Uo，并記錄測量結果于表1-2中。

　　表1-2 單管放大電路測量數據記錄表格

　　2.實物焊接與測試

　?。?）熟悉電路圖后，在萬用板上按要求焊接電路，經檢查無誤后方可接通電源。

　?。?）調整靜態(tài)工作點

　　此電路實際上是由一個偏置電阻構成的固定偏置電路，結構簡單，調試方便。只要改變RW就改變了靜態(tài)工作點。為調整最佳工作點可借助示波器觀測輸出波形。