目標(biāo)

 

本活動的目的是研究BJT的共發(fā)射極配置。

 

背景知識

 

共發(fā)射極放大器是三種基本單級放大器拓?fù)渲?。BJT共發(fā)射極放大器一般用作反相電壓放大器。晶體管的基極端為輸入，集電極端為輸出，而發(fā)射極為輸入和輸出共用（可連接至參考地端或電源軌），所謂“共射”即由此而來。

 

材料

 

●   ADALM2000主動學(xué)習(xí)模塊

●   無焊面包板

●   五個電阻

●   一個50 kΩ可變電阻、電位計

●   一個小信號NPN晶體管(2N3904)

 

指導(dǎo)

 

圖1所示配置展現(xiàn)了用作共發(fā)射極放大器的NPN晶體管。選擇適當(dāng)?shù)妮敵鲐?fù)載電阻R_L ，用于產(chǎn)生合適的標(biāo)稱集電極電流I_C，V_CE電壓約為V_P (5 V)的一半。通過可調(diào)電阻RPOT與RB來設(shè)置晶體管(IB)的標(biāo)稱偏置工作點，進(jìn)而設(shè)置所需的IC。選擇適當(dāng)?shù)姆謮浩鱎1/R2，以便通過波形發(fā)生器W1提供足夠大的輸入激勵衰減?？紤]到在晶體管VBE的基極上會出現(xiàn)非常小的信號，這樣做更容易查看發(fā)生器W1信號。衰減波形發(fā)生器W1信號通過4.7 uF電容交流耦合到晶體管基極，以免干擾直流偏置條件。

 

圖1.共發(fā)射極放大器測試配置。

 

硬件設(shè)置

 

波形發(fā)生器輸出W1配置為1 kHz正弦波，峰峰值幅度為3 V，偏移為0 V。并將其連接在示波器通道1+上，以顯示發(fā)生器輸出的信號W1。示波器通道2 (2+)用于交替測量Q1基極和集電極的波形。

 

圖2.共發(fā)射極放大器測試配置面包板連接。

 

程序步驟

 

打開連接到BJT晶體管集電極(V_P = 5 V)的電源。

 

配置示波器以捕獲多個周期的輸入信號和輸出信號。

 

圖3和圖4是使用LTspice®得到的仿真電路波形圖示例。

 

圖3.共發(fā)射極放大器測試配置，V_IN 和V_CE。

 

圖4.共發(fā)射極放大器測試配置，V_IN 和V_BE。

 

共發(fā)射極放大器的電壓增益A可以表示為負(fù)載電阻R_L與小信號發(fā)射極電阻r_e的比值。晶體管的跨導(dǎo)g_m是集電極電流I_c和所謂的熱電壓kT/q的函數(shù)，在室溫下其近似值約為25 mV或26 mV。

 

 

小信號發(fā)射極電阻為1/gm且可視為與發(fā)射極串聯(lián)?，F(xiàn)在，在基極上施加電壓信號，相同的電流（忽略基極電流）會流入r_e和集電極負(fù)載R_L。因此，由R_L與r_e的比值可得到增益A。

 

 

圖5所示為另一種共發(fā)射極放大器測試電路方案。除了兩個小優(yōu)勢之外，所有屬性基本相同。其中一個優(yōu)勢是基極電流偏置不再取決于指數(shù)基極電壓(V_BE)。第二個優(yōu)勢是AWG1衰減后輸出的交流小信號與基極偏置電路無關(guān)，并且無需交流耦合。當(dāng)把交流小信號接在運算放大器的同相端子時，由于負(fù)反饋的作用，它也會出現(xiàn)在晶體管的基極端（反相運算放大器輸入）。

 

圖5.替代方案的共發(fā)射極放大器測試配置。

 

圖6.替代方案的共發(fā)射極放大器測試配置面包板連接。

 

提供負(fù)反饋 的自偏置配置

 

目標(biāo)

 

本節(jié)旨在研究添加負(fù)反饋對穩(wěn)定直流工作點的效果。晶體管電路最常用的一種偏置電路是發(fā)射極自偏置電路，它使用一個或多個偏置電阻來設(shè)置晶體管I_B, I_C, 和I_E三個初始直流電流。

 

圖7.替代方案的共發(fā)射極放大器測試配置，V_IN 和 V_BE。

 

圖8.替代方案的共發(fā)射極放大器測試配置V_BE縮放。

 

圖9.自偏置配置。

 

硬件設(shè)置

 

波形發(fā)生器輸出W1配置為1 kHz正弦波，峰峰值幅度為3 V，偏移為0 V。并將其連接在示波器通道1+上，以顯示發(fā)生器輸出的信號W1。示波器通道2 (2+)用于交替測量Q1基極和集電極的波形。

 

圖10.自偏置配置面包板連接

 

程序步驟

 

打開連接到BJT晶體管集電極(V_P = 5 V)的電源。

 

配置示波器以捕獲多個周期的輸入信號和輸出信號。

 

圖11和圖12是使用LTspice® 得到的仿真電路波形圖示例。

 

圖11.自偏置配置，V_IN 和V_CE。

 

圖12.自偏置配置，VI_IN 和 V_BE。

 

目標(biāo)

 

共發(fā)射極放大器為放大器提供反相輸出，具有極高增益，而且各晶體管之間的差異很大。此外，由于與溫度和偏置電流密切相關(guān)，增益有時無法預(yù)測?？梢酝ㄟ^在放大器級配置一個小值反饋電阻來改善電路的性能。

 

附加材料

 

一個5 kΩ可變電阻、電位計

 

指導(dǎo)

 

如圖13所示，斷開Q1發(fā)射極的接地連接，插入R_E（一個5 kΩ電位計）。調(diào)整R_E ，同時注意觀察晶體管集電極上的輸出信號。

 

圖13.添加了發(fā)射極負(fù)反饋。

 

添加發(fā)射極負(fù)反饋

 

目標(biāo)

 

本活動的目的是研究添加發(fā)射極負(fù)反饋的影響。

 

硬件設(shè)置

 

波形發(fā)生器輸出W1配置為1 kHz正弦波，峰峰值幅度為3 V，偏移為0 V。并將其連在接示波器通道1+上，以顯示發(fā)生器輸出的信號W1。示波器通道2 (2+)用于交替測量Q1基極和集電極的波形。

 

圖14.添加了發(fā)射極負(fù)反饋的面包板連接。

 

程序步驟

 

打開連接到BJT晶體管集電極(V_P = 5 V) 的電源。

 

配置示波器以捕獲多個周期的輸入信號和輸出信號。

 

圖15和圖16是使用LTspice® 得到的仿真電路波形圖示例。

 

圖15.添加了發(fā)射極負(fù)反饋，V_IN 和 V_CE。

 

圖16.添加了發(fā)射極負(fù)反饋，V_IN 和 V_BE。

 

提高發(fā)射極負(fù)反饋放大器的交流增益

 

添加發(fā)射極負(fù)反饋電阻提高了靜態(tài)工作點的穩(wěn)定性，但降低了放大器增益?？赏ㄟ^在負(fù)反饋電阻R_E上添加電容C2，在一定程度上恢復(fù)了交流信號的較高增益，如圖17所示。

 

圖17.添加C2可提高交流增益。

 

硬件設(shè)置

 

波形發(fā)生器輸出W1配置為1 kHz正弦波，峰峰值幅度為3 V，偏移為0 V。并將其設(shè)連接在示波器通道1+上，以顯示發(fā)生器輸出的信號W1。示波器通道2 (2+)用于交替測量Q1基極和集電極的波形。

 

圖18.添加C2之后的面包板連接，用于提高交流增益。

 

程序步驟

 

打開連接到BJT晶體管集電極(V_P = 5 V) 的電源。

 

配置示波器以捕獲多個周期的輸入信號和輸出信號。

 

圖19和圖20是使用LTspice® 得到的仿真電路波形圖示例。

 

圖19.添加C2可提高交流增益V_IN 和 V_CE。

 

圖20.添加C2可提高交流增益V_IN 和 V_BE。

 

問題

 

對于共發(fā)射極放大器電路設(shè)置，增加RL會對電壓增益A產(chǎn)生什么影響？

 

 

推薦閱讀：