NPN型三极管共发射极放大电路原理图讲解

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三极管的“开”与“关”

三极管的工作状态为三种:截止,饱和和放大。三极管的截止和饱和想象成开关的关闭和开启,下图为典型的NPN型三极管共发射极放大电路,对于这样的放大电路,大家需要有这样的总体理解:

电源EC一方面为输出信号提供能量,另一方面保证集电极和基极之间为反向偏置,使得三极管工作在放大状态。

集电极电阻RC一方面限流,同时将集电极电流IC的变化转换成电压变化。

基极电压EB和电阻RB使得三极管的基极和发射极之间为正向偏置,并提供合适的基极电流IB,使得三极管工作在合适的工作点,不会造成放大信号的失真。

耦合电容C1隔断放大电路与信号源之间的直流通路,C2隔断放大电路与负载之间的直流通路,同时使得需要被放大的交流信号几乎无阻碍的通过放大电路。

放大电路

1.基极电压VB

分压电路得到三极管基极电压VB(三极管的输入电阻Rin远远大于R2,因此两者并联之后的阻值几乎等于R2),很明显三极管基极电压VB等于VCC*R2/(R2 R1)。

2.集电极电流IC

知道基极电压VB之后,由于三极管处于放大状态,此时发射极电压VE=VB-VBE同时也就知道了发射极电流IE。由基尔霍夫电流定律可知发射极电流=基极电流 集电极电流(因为集电极电流远远大于基极电流),因此可以确定集电极电流IC的大小。

3.集电极电压VC

显然集电极电压VC=VCC-IC*RC,且集电极和发射极之间的电压VCE=VC-VE,结合这两条公式可以得出集电极电流IC和集电极-发射机之间电压VCE之间的函数关系(也就是三极管的静态特性),将这条静态特性直线和三极管的输出特性曲线结合,就可以很直观的看出静态工作点。

放大电路

静态工作点与放大信号的失真

NPN型三极管共发射极放大电路,首先就是选择合适的偏置电阻以得到合适的基极电压VB,其次就是选择合适的集电极电阻RC和发射极电阻RE,确定三极管的负载特性,以此得到合适的静态工作点Q。此时基极电流IB的微小变化,通过三极管的放大作用使得集电极电流IC以一定的放大倍数同相变化,而集电极电压随着基极电流IB的微小变化呈现反相变化(VC=VCC-IC*RC)。

放大电路

如图所示,假设初始状态时确定了静态工作点为Q2,且所需方法的信号呈现正弦变化,因此三极管基极的电流IB也呈现正弦的变化。

在km阶段,基极电流IB逐渐增大,同时集电极电流IC也以正弦波的形式逐渐增大(同一时刻的IC和IB的比值也就是放大倍数不变);

当基极电流IB增大到36uA时,此时三极管的静态工作点就变成了Q3,集电极电流到达m1点为5.6mA,集电极和发射极之间的电压VCE到达m2点为1.05V。

饱和失真

放大电路

如图所示,初始状态时三极管的静态工作点Q已经比较靠近饱和端了,还是以被放大信号为正弦波为例。当基极电流IB随着所需放大的信号逐渐增大时,三极管集电极电流IC达到饱和值,此时相当于正弦波的波峰被截掉了一部分,反映到输出的放大信号即波谷被截掉了,这就是三极管静态工作点过高导致的放大信号饱和失真。

同样可以分析,若初始状态时三极管的静态工作点Q已经比较靠近截止端了,当基极电流IB随着所需放大的信号逐渐减小时,三极管进入截止区域此时集电极电流IC几乎为零,相当于正弦波的波谷被截掉了一部分,输出的放大信号最大为VCC,这就是三极管静态工作点过低导致的放大信号截止失真。

放大电路

因此理想的三极管静态工作点,是尽量确定在三极管的DC负载直线中点,即让三极管的集电极-发射极之间的电压VCE=VCC/2,结合两条经验公式VC=VCC/2和RC=10RE,即可确定较理想的三极管放大电路的静态工作点。

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