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共射極放大電路的波形和基本公式

CHANBAEK ? 來源:從狒狒進(jìn)化到硬件工程師 ? 作者: 李曉晶 ? 2023-10-21 10:25 ? 次閱讀

一 共射極放大電路的波形

放大電路的作用是將小信號放大為大信號。下圖是用三極管組成的放大電路?;鶚O是信號輸入,集電極是信號輸出,發(fā)射極是公共端(地)。此電路稱為共發(fā)射極放大電路。

輸入信號Vin=2Vpp,輸出信號Vo=6Vpp。電路的電壓放大倍數(shù)是3倍,大約是9.5dB??床ㄐ危斎胄盘柡洼敵鲂盘柺欠聪嗟?。

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二 基極偏置電壓

下圖是Vin與Vb的波形。可以看出Vin與Vb的幅度和相位一致。只是在Vb上有2.6V的直流偏置電壓。此電壓稱為基極偏置電壓,由基極偏置電路R1和R2產(chǎn)生。C1的作用是 去除來自Vin的直流信號,只讓Vin的交流信號通過。當(dāng)交流信號通過C1后,由R1和R2組成的基極偏置電路,提供新的直流電壓。C1稱為耦合電路,它使Vin和Q1耦合起來。

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三 基極-發(fā)射極電壓

下圖是Vb和Ve的波形。從交流角度看,Vb和Ve的幅度和相位一致,即Ve的交流成分與Vin的交流成分一致。即當(dāng)在晶體管的基極上添加交流信號,從發(fā)射極得到的信號沒有任何放大作用,放大倍數(shù)為1。

從直流的角度看,Vb和Ve之間有0.619V的差值。這就是前面提到的Vbe≈0.6V。

我們可以認(rèn)為在晶體管的基極-發(fā)射極之間、基極-集電極之間都有連接二極管。在一般的放大電路設(shè)計中,使基極-發(fā)射極之間的二極管導(dǎo)通,使基極-集電極之間的二極管截止,基于這個原則來設(shè)置晶體管各個pin的偏置電壓。晶體管無論是哪種類型或者用途(小信號、功率、低頻、高頻),只要它工作在放大區(qū),肯定Vbe是一個定值,例如≈0.6V。

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四 集電極輸出

如下圖,集電極的波形,被放大,而且相位與Vin/Vb/Ve相反。

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晶體管各個pin的電流流動關(guān)系如下。因?yàn)閕b很小,可以忽略不計。

ic=ib+ie≈ie

NPN晶體管和PNP晶體管的電流方向完全相反。

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如下圖Ve的電壓是2V±1V,流過發(fā)射極的電流

Ie=[(2V±1V)/2KR]=1mA±0.5mA

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因此流過集電極的電流Id=1mA±0.5mA。此電流在R3兩端產(chǎn)生的壓降是Id x R3=6V±3V。

V2是15V的直流電壓,V2減去R3兩端電壓就是Vc電壓。Vc通過C2隔直之后,就是輸出電壓了。

總結(jié):

V1提供交流輸入信號,R1和R2提供Vb的直流偏置電壓。

二者組合成Q1的基極電壓?;鶚O電壓減去基極-發(fā)射極之間的PN節(jié)壓降[0.6V],得到Q1的發(fā)射極電壓。

由發(fā)射極電壓和R4,得到發(fā)射極電流。

因?yàn)榘l(fā)射極電流≈集電極電流,可以得到R3兩端壓降。

V2減去R3兩端壓降,就是Q1的集電極電壓。將此電壓去掉直流成分,就是放大后的輸出信號。

五 電路的直流電壓公式

基于以上的分析和波形,整理共射極放大電路的直流電壓公式。使用大寫字母表示直流參數(shù)。

首先基極的直流電壓VB是R1和R2對電源電壓V2進(jìn)行分壓之后得到電位(注:此處有個前提,認(rèn)為基極的輸入阻抗非常高,流入晶體管的基極電流IB很少,可以忽略)

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接下來發(fā)射極的直流電壓VE比基極電壓VB低,差值是VBE,通常VBE=0.6V

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接下來是發(fā)射極上流動的直流電流IE

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接下來集電極直流電壓VC是電源電壓V2減去R3兩端的壓降

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六 電路的交流電壓公式

使用小寫字母表示交流信號。通過之前的描述已經(jīng)知道,單看交流信號,Vin(V1)=Vb=Ve。即V1的交流信號,直接傳遞到晶體管的發(fā)射極。因此由Vin交流信號引起的發(fā)射極ie的交流變化部分△ie為:

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則交流電流△ie在R3上產(chǎn)生的電壓為:

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C2將Vc的直流電壓截斷,輸出的只有交流信號Vo

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因此這電路的交流放大倍數(shù)Av是:

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通過以上公式可以看出:該電路的交流放大倍數(shù)Av與晶體管的直流放大系數(shù)hFE無關(guān),是由R3和R4決定的。

七 關(guān)于hFE

hFE是共發(fā)射極電流放大系數(shù)(通常簡稱為電流放大系數(shù))。hFE的值越大越好,因?yàn)檫@意味著可以用較小的電流控制較大的電流。通常小信號通用晶體管的hFE是一百到數(shù)百,功率放大晶體管的hFE是數(shù)十到一百左右。不過即使是同一型號的晶體管,hFE也有分散性。此外想以微小電流來控制較大電流時,有hFE非常大的所謂超hFE晶體管,這種類型的晶體管差不多都是NPN型的。

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