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前两篇介绍了三极管的饱和特性和开关应用，今天来介绍一下三极管另一个应用放大。 前面讲过了如何设置三极管的饱和状态，那么我们现在分析一下三极管不在饱和态是什么样子的，先看下图 为了便于后面理解，我们将上图的开关电路转化成下图。前面讲过了如何设置三极管的饱和态，即让三极管Vce小于0.2V。今天我们研究的是不饱和态，看看来如何设置（上图为例）。 1.假设负载电流为1mA，即Ic=1mA，为了使三极管处于不饱和状态我们使Vce=5V大于饱和电压。那么Rc=（10-5）/1mA=5k。 2.Ic=hFE*Ib，假设三极管hFE为100，Ib=10uA（由于网络书写问题，下标不是很规范，大家实际还是按正规书写下标） 3.Rb=（10-Vbe）/Ib =（10-0.6）/10uA，这里我们取整900K。 完成以上三步电路设置完成，我们仿真可以看到现在电路在不饱和工作态，集电极电流Ic随基极电流变化二变化，这里我们称为放大工作态。只要Rb电阻不小于470k，三极管都工作在放大区。 既然三级管工作在放大区，那么我们偶合一个小的（2Vp-p）正弦波信号到这个电路，应该会放大吧。我们进行仿真如下图 看到结果我们很惊讶，信号似乎是放大了（紫色为输入信号波形，黄色为输出信号波形），可是失真和严重，放大倍数约为5倍，这怎么理解呢？我们先放一下这个电路，换个话题。 我们前面讲的三极管特性（详见电子学晶体管思维导图详解一：三极管（一）——晶体管饱和详解）中把三极管视为电流放大器，其输入回路像一个二极管电流，这大致是正确的，但是如果更深入的研究三极管，就像上图出现的问题（这是前面所讲的解决不了的）引入了晶体管Ebers-Moll模型。 模型内容是什么呢？我们不是为了考试就不细说了，我们只要记住下面的结论就好了。 在满足三极管特性1～2，三极管的Ic与Vbe有关，由下式决定 那么前面讲的特性三修正 Ib=Ic/hFE（其实从我们前面推导的过程也看出，我们总是从Ic推导Ib的）。 三级管设计经验准则 1.在常温下，基极电压每增加60mV，集电极电流成10倍增加。 2.发射极具备本征电阻 3.Vbe的温度依赖性大约以2.1mV/摄氏度的速率减小。 在知道以上之后我们在回头看我们上面的设计，问题可能出在发射极电阻上面，上面电路实际等效为下图 这里我用一个滑动变阻器来代替发射极本征电阻r，变阻器的变化是受Ic控制的，这种表示虽然不够严谨，但是便于理解。 我们再来分析一下这个电路，由于这个本征电阻的存在，Ve电位被抬高不为0，三极管导通Vbe导通为0.6V，即Vb-Ve=0.6，即Ve变化量等于Vb的变化量ΔVe=ΔVb。上图中偶合一个交流信号，那么ΔVc=-Δic*Rc， 发射极电流变化Δie=ΔVe/r=ΔVb/r，由于Δie=Δic，那么ΔVc=-（ΔVb/r）Rc。 那么ΔVc/ΔVb=-Rc/r，这恰好是该电路的增益。上面准则2中r随Ic变化，且r很小，那么r对增益的影响就很大，这导致电路增益不断变化，变化范围很大，导致失真的出现。 那么对于上述问题怎么改进呢？其实从上式中就可以看出，只要使上式分母变成一个定值就可以了（r很小），那么我们的解决办法就是增加一个Re电阻，使Re远大于r，那么放大倍数（增益）就等于-Rc/Re，如下图 那么去Re=2.5k，增益为-2（负号表示相位相反），那么我们看到输入变为4Vp-p是输入的两倍，且相位相反。 这个电路就好了吗？其实这个电路是一个不好的电路，为什么呢～～～～？ 我们下次再分析。 |
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