共发射极放大电路的性能测试

1.组成及工作原理

共发射极放大电路是电子技术中应用最为广泛的放大电路形式,其电路组成的一般形式为:

图3.20　双电源组成的共发射极基本放大电路

如图3.20 所示,放大电路的核心元件是三极管(3DG6 管),C1、C2 是耦合电容,RB 是基极电阻,UCC是集电极电源,RC 是集电极电阻,UBB是基极电源。

根据图3.21,放大电路内部各电压、电流都是交直流共存的。 其直流分量及其注脚均采用大写英文字母;交流分量及其注脚均采用小写英文字母;叠加后的总量用英文小写字母,但其注脚采用大写英文字母。 例如:基极电流的直流分量用IB 表示;交流分量用ib表示;总量用iB表示。

需放大的信号电压ui通过C1转换为放大电路的输入电流,与基极偏流叠加后加到晶体管的基极,基极电流iB的变化通过晶体管的以小控大作用引起集电极电流iC变化;iC通过RC使电流的变化转换为电压的变化,即:uCE =UCC -iCRC。

由上式可看出:当iC增大时,uCE就减小,所以uCE的变化正好与iC相反,这就是它们反相的原因。 uCE经过C2滤掉了直流成分,耦合到输出端的交流成分即为输出电压u0。 若电路参数选取适当,u0的幅度将比ui幅度大很多,亦即输入的微弱小信号ui被放大了,这就是放大电路的工作原理。

图3.21　共发射放大电路的工作原理

2.基本放大电路的分析方法

以分压式偏置的共发射极放大电路为例。 输入信号ui =0、只在直流电源UCC作用下电路的状态称“静态”。 静态分析就是要求出此时的IB、IC和UCE三数值。

(1)分压式偏置的共发射极放大电路的静态分析

分压式偏置的共发射极放大电路如图3.22 所示,增加了一个偏置电阻,共有两个偏置电阻RB1、RB2。 由于设置了反馈环节RE,因此当温度升高而造成IC增大时,可自动减小IB,从而抑制了静态工作点由于温度而发生的变化,保持Q 点稳定。

此电路就是能够抑制温度影响而引起静态工作点变化的分压式偏置的共发射极电压放大电路。

分压式偏置共射放大电路的静态分析如下:

静态分析时,此电路需满足I1≈I2≫IB的小信号条件。 电容当作开路处理。 处理后的电路称为分压式偏置共射放大电路的直流通道,如图3.23 所示。

偏置电阻RB1和RB2应选择适当数值,使之符合:I1≈I2≫IB的条件。 在小信号条件下,IB可近似视为0 值。

忽略IB时,RB1和RB2可以对UCC进行分压。 即:

VB的大小显然与温度无关。

图3.22　分压式偏置共发射极基本放大电路

图3.23　分压式偏置共射放大电路的直流通道

上述分析步骤,就是分压式偏置的共发射极电压放大电路的估算法。 显然,基极电位VB的高低对静态工作点的影响非常大。

(2)分压式偏置共发射极放大电路的动态分析方法

放大电路加入交流输入信号的工作状态称为动态。

动态时,放大电路输入的是交流微弱小信号;电路内部各电压、电流都是交直流共存的叠加量;放大电路输出的则是被放大的输入信号。(www.xing528.com)

求解放大电路的动态输入电阻r0、输出电阻ri 及电压放大倍数Au 等参量的过程称为动态分析。

由于发射极为输入、输出回路的公共支路,因而称之为共发射极组态的放大电路。

在图3.22 中,动态下,电源UCC为0 时可视为“地”,电容相当于“交流短路”,RB1相当于接于基极与“地”之间,RC 相当于接于集电极与“地”之间。 处理之后得到了如图3.24 所示的分压式偏置共发射极放大电路的交流通道。

图3.24　分压式偏置共发射极放大电路的交流通道

可用微变等效电路法分析。 即在满足小信号条件下,将晶体管线性化,把放大电路等效为一个近似的线性电路,然后应用线性电路的求解方法求出ri、r0、Au的方法。

一般情况下,由高、低频小功率管构成的放大电路都符合小信号条件。 因此其输入、输出特性在小范围内均可视为线性。

晶体管的微变等效电路如图3.25 所示。 其中rbe是晶体管输入端的等效电阻,受控电流源相当晶体管的集电极电流。 显然微变等效电路反映了晶体管电流的以小控大作用。

图3.25　晶体管的微变等效电路

图3.26 中,晶体管交流输入等效电阻rbe的计算方法如下:

图3.26　微变等效电路中电流方向

动态分析步骤如下:

电路交流等效输入电阻:

由于小信号电路有RB1和RB2≫rbe,所以ri≈rbe。

电路中电压放大倍数:

式中负号反映了输出电压与输入电压的反相关系。

若电路接入负载,此时电路放大倍数:

显然,放大电路带上负载后,其电压放大倍数将降低。 负载越大,R′C等效电阻越小,放大倍数下降越多。

交流等效输出电阻:

共发射极放大电路的主要任务是对输入的小信号进行电压放大,因此电压放大倍数Au是衡量放大电压性能的主要指标之一。

共射放大电路的电压放大倍数随负载增大而下降很多,说明这种放大电路的带负载能力不强。

电容CE的作用:交流通路中,射极电容将反馈电阻短路,则Au 不受影响。 如果把射极电容CE去掉,交流通道反馈电阻RE仍起作用,则IE减小,rbe增大,负载不变情况下,电压放大倍数Au 降低,因为: