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经典三极管放大电路,学电子的必须掌握!

 thchen0103 2016-11-26

三极管的放大

共发射极NPN型三极管放大电路是模拟电路中非常重要的知识点,对于三极管的三个工作状态截止放大和饱和,放大电流的特性是三极管最重要的点。在学习三极管的输入输出特性和静态工作点确定之后,目的就是能够分析共发射极的三极管放大电路,在此基础上才能做其他类型的延伸。

经典三极管放大电路,学电子的必须掌握!针对如图所示的共发射极放大电路,首先我们得明确一点,这个电路的最终目的是要对交流信号源放大得到我们需要的幅值,而三极管之所以能放大信号,是因为我们额外提供了能量来源VCC。也就是说我们在设计电路之前心中已经确定了一个目标值,VCC值就要根据信号目标幅值最大不超过0.95VCC,最小不小于0.05VCC这个经验值来确定是合适的。对于静态工作点的确定,把握静态工作点Q尽量在三极管DC负载直线的中点(结合三极管集电极电压VC=VCC/2以及集电极电阻RC为发射极电阻RE的10倍这两条经验公式来确定是合理的)。

三极管的动态内阻

对三极管直流分析确定静态工作点之后,开始分析三极管放大之前,需要了解三极管的动态内阻这个概念。我们知道三极管这种半导体性质的元器件,肯定是非线性的,也就是说这类元器件的参数是变化的。如下图所示,三极管的内阻比如基极和发射极之间的内阻rbe,定义为Δube/Δib,集电极和发射极直接的内阻rce,定义为Δuce/Δic。显然rce阻值很大,实际考虑时都忽略不计,而rbe就不能忽略了,影响三极管的放大倍数(增益),近似认为基极和发射极之间的内阻rbe=25mV/IE。

经典三极管放大电路,学电子的必须掌握!

现在有一个小信号正弦波交流源,其有效值为10mV,频率为50Hz,我们要将该信号放大35倍,得到有效值为350mV的信号,共发射极三极管放大电路如下:假设三极管集电极电阻RC=10K,负载电阻RL=47K。

电压放大倍数Av=(RC//RL)/(rbe+RE1)。

经典三极管放大电路,学电子的必须掌握!第一步:确定VCC值。

VCC值就要根据信号目标幅值最大不超过0.95VCC,最小不小于0.05VCC这个经验值来确定是合适的,选择VCC=10V。

第二步:对三极管进行直流分析确定静态工作点Q。

经典三极管放大电路,学电子的必须掌握!根据经验公式VC=VCC/2,此时三极管集电极电压VC=10/2=5V。因为三极管集电极电阻RC=10K,那么集电极电流IC=(VCC-VC)/RC=5/10=0.5mA。由经验公式RC=10RE=10(RE1+RE2)得,RE1+RE2=1K,即三极管发射极电压VE=IE*RE=0.5*1=0.5V,因此三极管基极电压VB=VBE+VE=0.7+0.5=1.2V。VB=VCC*R2/(R1+R2),假设R1=47K,则可以得到R2=6.2K。

第三步:由三极管电压放大倍数Av(增益)确定RE1和RE2的具体值。

因为三极管发射极电流IE几乎等于集电极电流IC=0.5mA,所以三极管基极和发射极之间的内阻rbe=25mV/IE=25/0.5=50Ω。

由三极管电压放大倍数Av=(RC//RL)/(rbe+RE1)=(10000//47000)/(50+RE1)=35得到RE1=180Ω。

因为RE1+RE2=1K,所以RE2=820Ω。

最后在multisim中搭建原理图仿真,用示波器看看是否符合设计要求。

经典三极管放大电路,学电子的必须掌握!示波器波形如下:其中通道A每格代表10mV,通道B每格代表200mV,

可以看出幅值比=450/14=32,基本上符合我们的设计要求。

经典三极管放大电路,学电子的必须掌握!

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