目标
本活动的目的是研究BJT的共发射极配置。
背景知识
共发射极放大器是三种基本单级放大器拓扑之一。BJT共发射极放大器一般用作反相电压放大器。晶体管的基极端为输入,集电极端为输出,而发射极为输入和输出共用(可连接至参考地端或电源轨),所谓“共射”即由此而来。
材料
●ADALM2000主动学习模块
●无焊面包板
●五个电阻
●一个50 kΩ可变电阻、电位计
●一个小信号NPN晶体管(2N3904)
指导
图1所示配置展现了用作共发射极放大器的NPN晶体管。选择适当的输出负载电阻RL,用于产生合适的标称集电极电流IC,VCE电压约为VP (5 V)的一半。通过可调电阻RPOT与RB来设置晶体管(IB)的标称偏置工作点,进而设置所需的IC。选择适当的分压器R1/R2,以便通过波形发生器W1提供足够大的输入激励衰减。考虑到在晶体管VBE的基极上会出现非常小的信号,这样做更容易查看发生器W1信号。衰减波形发生器W1信号通过4.7 uF电容交流耦合到晶体管基极,以免干扰直流偏置条件。
图1.共发射极放大器测试配置。
硬件设置
波形发生器输出W1配置为1 kHz正弦波,峰峰值幅度为3 V,偏移为0 V。并将其连接在示波器通道1+上,以显示发生器输出的信号W1。示波器通道2 (2+)用于交替测量Q1基极和集电极的波形。
图2.共发射极放大器测试配置面包板连接。
程序步骤
打开连接到BJT晶体管集电极(VP = 5 V)的电源。
配置示波器以捕获多个周期的输入信号和输出信号。
图3和图4是使用LTspice® 得到的仿真电路波形图示例。
图3.共发射极放大器测试配置,VIN和VCE。
图4.共发射极放大器测试配置,VIN和VBE。
共发射极放大器的电压增益A可以表示为负载电阻RL与小信号发射极电阻re的比值。晶体管的跨导gm是集电极电流IC和所谓的热电压kT/q的函数,在室温下其近似值约为25 mV或26 mV。
小信号发射极电阻为1/gm且可视为与发射极串联。现在,在基极上施加电压信号,相同的电流(忽略基极电流)会流入re和集电极负载RL。因此,由RL与re的比值可得到增益A。
图5所示为另一种共发射极放大器测试电路方案。除了两个小优势之外,所有属性基本相同。其中一个优势是基极电流偏置不再取决于指数基极电压(VBE)。第二个优势是AWG1衰减后输出的交流小信号与基极偏置电路无关,并且无需交流耦合。当把交流小信号接在运算放大器的同相端子时,由于负反馈的作用,它也会出现在晶体管的基极端(反相运算放大器输入)。
图5.替代方案的共发射极放大器测试配置。
图6.替代方案的共发射极放大器测试配置面包板连接。
图7.替代方案的共发射极放大器测试配置,VIN和VBE。
图8.替代方案的共发射极放大器测试配置VBE缩放。
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