目標

 

本活動的目的是研究BJT的共發射極配置。

 

背景知識

 

共發射極放大器是三種基本單級放大器拓撲之一。BJT共發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主動學習模塊

●   無焊麵包板

●   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

 

圖1所示配置展現了用作共發射極放大器的NPN晶體管。選擇適當的輸出負載電阻R_L ，用於產生合適的標稱集電極電流I_C
，V_CE電壓約為V_P (5 V)的一半。通過可調電阻RPOT與RB來設置晶體管(IB)的標稱偏置工作點
，進而設置所需的IC。選擇適當的分壓器R1/R2
，以便通過波形發生器W1提供足夠大的輸入激勵衰減。考慮到在晶體管VBE的基極上會出現非常小的信號，這樣做更容易查看發生器W1信號。衰減波形發生器W1信號通過4.7 uF電容交流耦合到晶體管基極，以免幹擾直流偏置條件。

 

圖1.共發射極放大器測試配置。

 

硬件設置

 

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

 

圖2.共發射極放大器測試配置麵包板連接。

 

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.共發射極放大器測試配置

，V_IN 和V_CE。

 

圖4.共發射極放大器測試配置
，V_IN 和V_BE。

 

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

 

 

小信號發射極電阻為1/gm且可視為與發射極串聯。現在，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5suoshiweilingyizhonggongfashejifangdaqiceshidianlufangan。chulelianggexiaoyoushizhiwai，suoyoushuxingjibenxiangtong。qizhongyigeyoushishijijidianliupianzhibuzaiqujueyuzhishujijidianya(V_BE)。第二個優勢是AWG1shuaijianhoushuchudejiaoliuxiaoxinhaoyujijipianzhidianluwuguan
，bingqiewuxujiaoliuouhe。dangbajiaoliuxiaoxinhaojiezaiyunsuanfangdaqidetongxiangduanzishi，youyufufankuidezuoyong，tayehuichuxianzaijingtiguandejijiduan（反相運算放大器輸入）。

 

圖5.替代方案的共發射極放大器測試配置。

 

圖6.替代方案的共發射極放大器測試配置麵包板連接。

 

提供負反饋 的自偏置配置

 

目標

 

benjiezhizaiyanjiutianjiafufankuiduiwendingzhiliugongzuodiandexiaoguo。jingtiguandianluzuichangyongdeyizhongpianzhidianlushifashejizipianzhidianlu，tashiyongyigehuoduogepianzhidianzulaishezhijingtiguanI_B, I_C, 和I_E三個初始直流電流。

 

圖7.替代方案的共發射極放大器測試配置，V_IN 和 V_BE。

 

圖8.替代方案的共發射極放大器測試配置V_BE縮放。

 

圖9.自偏置配置。

 

硬件設置

 

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

 

圖10.自偏置配置麵包板連接

 

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11和圖12是使用LTspice® 得到的仿真電路波形圖示例。

 

圖11.自偏置配置
，V_IN 和V_CE。

 

圖12.自偏置配置，VI_IN 和 V_BE。

 

目標

 

gongfashejifangdaqiweifangdaqitigongfanxiangshuchu
，juyoujigaozengyi，erqiegejingtiguanzhijiandechayihenda。ciwai，youyuyuwenduhepianzhidianliumiqiexiangguan，zengyiyoushiwufayuce。keyitongguozaifangdaqijipeizhiyigexiaozhifankuidianzulaigaishandianludexingneng。

 

附加材料

 

一個5 kΩ可變電阻、電位計

 

指導

 

如圖13所示，斷開Q1發射極的接地連接，插入R_E（一個5 kΩ電位計）。調整R_E ，同時注意觀察晶體管集電極上的輸出信號。

 

圖13.添加了發射極負反饋。

 

添加發射極負反饋

 

目標

 

本活動的目的是研究添加發射極負反饋的影響。

 

硬件設置

 

波形發生器輸出W1配置為1 kHz正弦波
，峰峰值幅度為3 V，偏移為0 V。並將其連在接示波器通道1+上，以顯示發生器輸出的信號W1。示波器通道2 (2+)用於交替測量Q1基極和集電極的波形。

 

圖14.添加了發射極負反饋的麵包板連接。

 

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15和圖16是使用LTspice® 得到的仿真電路波形圖示例。

 

圖15.添加了發射極負反饋，V_IN 和 V_CE。

 

圖16.添加了發射極負反饋，V_IN 和 V_BE。

 

提高發射極負反饋放大器的交流增益

 

添加發射極負反饋電阻提高了靜態工作點的穩定性，但降低了放大器增益。可通過在負反饋電阻R_E上添加電容C2
，在一定程度上恢複了交流信號的較高增益，如圖17所示。

 

圖17.添加C2可提高交流增益。

 

硬件設置

 

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

 

圖18.添加C2之後的麵包板連接

，用於提高交流增益。

 

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19和圖20是使用LTspice® 得到的仿真電路波形圖示例。

 

圖19.添加C2可提高交流增益V_IN 和 V_CE。

 

圖20.添加C2可提高交流增益V_IN 和 V_BE。

 

問題

 

對於共發射極放大器電路設置
，增加RL會對電壓增益A產生什麼影響
？

 

 

推薦閱讀：