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ADALM2000實驗：共發(fā)射極放大器

發(fā)布時間：2020-07-08 來源：Doug Mercer 和 Antoniu Miclaus 責(zé)任編輯：wenwei

【導(dǎo)讀】共發(fā)射極放大器是三種基本單級放大器拓撲之一。BJT共發(fā)射極放大器一般用作反相電壓放大器。晶體管的基極端為輸入，集電極端為輸出，而發(fā)射極為輸入和輸出共用（可連接至參考地端或電源軌），所謂“共射”即由此而來。

目標(biāo)

本活動的目的是研究BJT的共發(fā)射極配置。

背景知識

共發(fā)射極放大器是三種基本單級放大器拓撲之一。BJT共發(fā)射極放大器一般用作反相電壓放大器。晶體管的基極端為輸入，集電極端為輸出，而發(fā)射極為輸入和輸出共用（可連接至參考地端或電源軌），所謂“共射”即由此而來。

材料

● ADALM2000主動學(xué)習(xí)模塊

● 無焊面包板

● 五個電阻

● 一個50 kΩ可變電阻、電位計

● 一個小信號NPN晶體管(2N3904)

指導(dǎo)

圖1所示配置展現(xiàn)了用作共發(fā)射極放大器的NPN晶體管。選擇適當(dāng)?shù)妮敵鲐撦d電阻R_L ，用于產(chǎn)生合適的標(biāo)稱集電極電流I_C，V_CE電壓約為V_P (5 V)的一半。通過可調(diào)電阻RPOT與RB來設(shè)置晶體管(IB)的標(biāo)稱偏置工作點，進而設(shè)置所需的IC。選擇適當(dāng)?shù)姆謮浩鱎1/R2，以便通過波形發(fā)生器W1提供足夠大的輸入激勵衰減?？紤]到在晶體管VBE的基極上會出現(xiàn)非常小的信號，這樣做更容易查看發(fā)生器W1信號。衰減波形發(fā)生器W1信號通過4.7 uF電容交流耦合到晶體管基極，以免干擾直流偏置條件。

圖1.共發(fā)射極放大器測試配置。

硬件設(shè)置

波形發(fā)生器輸出W1配置為1 kHz正弦波，峰峰值幅度為3 V，偏移為0 V。并將其連接在示波器通道1+上，以顯示發(fā)生器輸出的信號W1。示波器通道2 (2+)用于交替測量Q1基極和集電極的波形。

圖2.共發(fā)射極放大器測試配置面包板連接。

程序步驟

打開連接到BJT晶體管集電極(V_P = 5 V)的電源。

配置示波器以捕獲多個周期的輸入信號和輸出信號。

圖3和圖4是使用LTspice®得到的仿真電路波形圖示例。

圖3.共發(fā)射極放大器測試配置，V_IN 和V_CE。

圖4.共發(fā)射極放大器測試配置，V_IN 和V_BE。

共發(fā)射極放大器的電壓增益A可以表示為負載電阻R_L與小信號發(fā)射極電阻r_e的比值。晶體管的跨導(dǎo)g_m是集電極電流I_c和所謂的熱電壓kT/q的函數(shù)，在室溫下其近似值約為25 mV或26 mV。

小信號發(fā)射極電阻為1/gm且可視為與發(fā)射極串聯(lián)?，F(xiàn)在，在基極上施加電壓信號，相同的電流（忽略基極電流）會流入r_e和集電極負載R_L。因此，由R_L與r_e的比值可得到增益A。

圖5所示為另一種共發(fā)射極放大器測試電路方案。除了兩個小優(yōu)勢之外，所有屬性基本相同。其中一個優(yōu)勢是基極電流偏置不再取決于指數(shù)基極電壓(V_BE)。第二個優(yōu)勢是AWG1衰減后輸出的交流小信號與基極偏置電路無關(guān)，并且無需交流耦合。當(dāng)把交流小信號接在運算放大器的同相端子時，由于負反饋的作用，它也會出現(xiàn)在晶體管的基極端（反相運算放大器輸入）。