共射級單管放大器工作原理

管子工作前題是 BE 結(jié)加正向電壓 BC 結(jié)加反向電壓，然后

1. 發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴(kuò)散電子；

2. 電子在基區(qū)邊界擴(kuò)散與復(fù)合，空穴由外電源補(bǔ)充，維持電流；

3. 電子被集電極收集。改變基極電流就可以改變集電極電流:IC=BIB。

一、共射極放大電路

共射電路是放大電路中應(yīng)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?yàn)榘l(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(jīng)耦合電容 C2 傳送到輸出端，從而得 到輸出電壓 uo。當(dāng)電路中的參數(shù)選擇恰當(dāng)時(shí)，便可得到比輸入信 號大得多的輸出電壓，以達(dá)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(diǎn)之間是輸出端，接負(fù)載電阻。

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(fù)電荷）的傳遞方向?yàn)?E~B。Vcc 和 Rb 用來提供 B~E 接面適當(dāng)?shù)恼蚱珘阂约翱墒谷龢O管進(jìn)入線性工作區(qū)的電流。這個(gè)部分稱為輸入回路。Vcc 和 Rc 用來提供 B~C 接面適當(dāng)?shù)姆聪蚱珘骸ｋ娮樱ㄘ?fù)電荷）的傳遞方向?yàn)?B~C。集電極收集大量電子（負(fù)電荷），少數(shù)空穴（正電荷）漂移到基極與基極的空穴一起復(fù)合掉一部分 E 向 C 的電子（負(fù)電荷）。被復(fù)合掉的基區(qū)空穴由基極電源 Eb 重新補(bǔ)給。由于 E 的電子濃度大于 B，電位小于 B，電源 Eb 在補(bǔ)充空穴的同時(shí)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(chǎn)生壓降。這個(gè)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(gòu)成輸出回路。RL 是負(fù)載電阻。

單管共射放大電路的工作原理

二、實(shí)驗(yàn)原理及電路

晶體三極管由半導(dǎo)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(jié)構(gòu)只有 NPN 型和 PNP 型兩種，管芯內(nèi)部包含由兩個(gè) PN 結(jié)組成的三個(gè)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(gè)區(qū)域：

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

（2）飽和區(qū) 三極管的發(fā)射結(jié)、集電結(jié)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(shí)，VCE 很小，晶體管相當(dāng)于一個(gè)接通的開關(guān)，使電源電壓 VCC 幾乎全加到集電極電阻 RC 上。

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

表 1-1 VBE 數(shù)值表

對放大器的基本要求是：有的電壓放大倍數(shù)，輸出電壓波形失真要小。放大器工作時(shí)，晶體管應(yīng)工作在放大區(qū)，如果靜態(tài)工作點(diǎn)選擇不當(dāng)，或輸入信號過大，都會(huì)使輸出波形產(chǎn)生非線性失真。一般采用改變偏置電阻 RB 的方法來調(diào)節(jié)靜態(tài)工作點(diǎn)。當(dāng)放大器的輸入信號幅值較小時(shí)，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(diǎn)，以降低放大器噪聲和電源的能量損耗。實(shí)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(jì)算

在單級共射放大器中，集電極等效交流負(fù)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(dāng)發(fā)射極旁路電容 CE 的容量足夠大時(shí)，CE 的容抗近似于零，CE 與發(fā)射極電阻 RE 的并聯(lián)總阻抗也近似于零，晶體管的發(fā)射極相當(dāng)于交流接地，則電壓增益的計(jì)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(lián)值，即

Ri=RB1∥RB2∥rbe

輸出電阻 Ro 近似等于集電極負(fù)載電阻 RE，則有

Ro=RE

當(dāng)發(fā)射極旁路電容 CE 斷開時(shí)，在發(fā)射極電阻上產(chǎn)生串聯(lián)電流負(fù)反饋，則電壓增益為

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

Ri=RB1∥RB2∥［rbe+（1+β）RE］

輸出電阻 Ro 仍近似等于集電極負(fù)載電阻 RC。

圖 1-1 單管共射放大電路實(shí)驗(yàn)原理圖

三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟

1、晶體管工作在放大狀態(tài)下有關(guān)參數(shù)的測量

（1）創(chuàng)建如圖 1-1 所示單管共射放大電路。單擊仿真開關(guān)，進(jìn)行仿真分析。調(diào)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(shù)字萬用表或動(dòng)態(tài)測試探針分別測量節(jié)點(diǎn)電壓 VB、VC、VE 及輸出電壓 Uo，并記錄測量結(jié)果于表 1-2 中。

（2）在電路中加上負(fù)載電阻 RL=4.7 KΩ。單擊仿真開關(guān)，進(jìn)行仿真分析。調(diào)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(shù)字萬用表或動(dòng)態(tài)測試探針分別測量節(jié)點(diǎn)電壓 VB、VC、VE 及輸出電壓 Uo，并記錄測量結(jié)果于表 1-2 中。

（3）把電路集電極偏置電阻 RC 改為 5.1 KΩ。單擊仿真開關(guān)，進(jìn)行仿真分析。調(diào)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(shù)字萬用表或動(dòng)態(tài)測試探針分別測量節(jié)點(diǎn)電壓 VB、VC、VE 及輸出電壓 Uo，并記錄測量結(jié)果于表 1-2 中。

表 1-2 單管放大電路測量數(shù)據(jù)記錄表格

2. 實(shí)物焊接與測試

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

（2）調(diào)整靜態(tài)工作點(diǎn)

此電路實(shí)際上是由一個(gè)偏置電阻構(gòu)成的固定偏置電路，結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)試方便。只要改變 RW 就改變了靜態(tài)工作點(diǎn)。為調(diào)整最佳工作點(diǎn)可借助示波器觀測輸出波形。
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