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共发射极放大器

第五章-分立半导体电路

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零部件和材料

  • 一个NPN晶体管型号2n2222或2n3403推荐(无线电棚目录#276-1617是一套十五个NPN晶体管的封装,适用于此和其他实验)
  • 两节6伏电池
  • 一个10kΩ电位器,单圈,线性锥度(无线电小屋目录#271-1715)
  • 1个1 MΩ电阻
  • 一个100kΩ电阻
  • 一个10 kΩ电阻
  • 1个1.5 kΩ电阻

交叉引用电路中的课程第3卷第4章:“双极结型晶体管学习目标

  • 简单的设计共发射极放大器电路
  • 如何测量放大器电压增益
  • 反相放大器和非反相放大器的区别
  • 在放大器电路中引入负反馈的方法

原理图

插图

指令

构建该电路并测量输出电压(在晶体管的集电极端子和地之间测量的电压),并输入电压(电位器刮水器端子和地之间测量的电压),用于电位计的几个位置设置。我建议在整个运动范围调整电位器时确定输出电压范围,然后选择几个跨越输出范围的电压以进行测量。

For example, if full rotation on the potentiometer drives the amplifier circuit’s output voltage from 0.1 volts (low) to 11.7 volts (high), choose several voltage levels between those limits (1 volt, 3 volts, 5 volts, 7 volts, 9 volts, and 11 volts). Measuring the output voltage with a meter, adjust the potentiometer to obtain each of these predetermined voltages at the output, noting the exact figure for later reference.

然后,测量产生输出电压的精确输入电压,并记录该电压图。最后,您应该具有表示多个不同输出电压以及它们相应的输入电压的数字表。

取任意两对电压值,用输出电压差除以输入电压差来计算电压增益。例如,如果一个输入电压为1.5伏特给我7.0伏的输出电压和输入电压1.66伏的给了我一个输出电压1.0伏,放大器的电压增益(7.0 - 1.0)/(1.66 - 1.5),或6除以0.16:增益比率为37.50。

在进行这些电压测量时,您应该立即注意到两个特性:首先,输入-输出效应是“反向的”越来越多输入电压产生a减少输出电压。这种效应被称为信号反转,这种放大器被称为反相放大器。

其次,该放大器具有非常强大的电压增益:输入电压的小变化导致输出电压的大变化。这应该与前面讨论的“电压跟随器”放大器电路相比,其具有约1的电压增益。

共发射极放大器因其高电压增益而被广泛使用,但它们很少以这种原始形式使用。虽然这个放大器电路的工作是为了演示基本概念,但它是非常容易受到温度变化的影响。

尝试将电位器放在一个位置,并通过用手握住晶体管,或用手加热它,并用其他一些热量播放,如电动吹风机(警告:小心不要热到你的塑料面包板融化!)

您还可以通过冷却晶体管来探索温度效果:将冰块触摸到其表面并记下输出电压的变化。当晶体管的温度变化时,其基极发射极二极管特性发生变化,导致相同输入电压的基本电流不同。

这反过来又改变了通过集电极的控制电流,从而影响输出电压。这种变化可以通过使用信号来最小化反馈,输出电压的一部分被“反馈”到放大器的输入,从而对电压增益产生负的或抵消的影响。

以牺牲电压增益为代价来提高稳定性,这是一种折衷的解决方案,但仍然很实用。也许添加负反馈到共发射极放大器最简单的方法是在发射极端和地之间添加一些电阻,以便输入电压在基极-发射极之间划分PN结并且跨越新电阻的电压降:

使用安装的1.5kΩ电阻重复相同的电压测量和记录练习,计算新的(减少)电压增益。尝试再次更改晶体管的温度并注意到输出电压以稳定输入电压。

它是否会更换或小于没有1.5kΩ电阻?将负反馈引入该放大器电路的另一种方法是通过高值电阻将输出“耦合”输出。在晶体管收集器和基座端子之间连接1MΩ电阻运行良好:

尽管这种不同的反馈方法通过减少增益来实现增加稳定性的相同目标,但是两个反馈电路不会表现相同。注意具有每个反馈方案的可能输出电压的范围(通过输入电压电位计的全扫描获得的低压和高电压值),以及这两个电路之间的不同。

电脑仿真

SPICE节点编号示意图:

网表(制作包含以下文本,逐字的文本文件):

共射极放大器vsupply 10 dc 12 vin 3 0 rc 12 10k rb 3 4 100k q1 2 4 0 mod1 .model mod1 npn bf=200 .dc vin 0 2 0.05 .plot dc v(2,0) v(3,0) .end

香料模拟使用可变直流电压源(vin.)作为输入信号并测量节点2和0之间的相应输出电压。输入电压变化,或“扫描”,从005伏增量的0到2伏。

结果显示在一个图上,输入电压显示为直线,输出电压作为一个“阶梯”图,在电压水平的起点和终点,在中间有一个陡峭的变化,在那里晶体管处于其有源工作模式。

相关工作表: