單元七：共射極放大電路

單元七：共射極放大電路 電子電路實驗 Organized by Daw-Tung Lin , NTPU 1

一、實驗目的 • 進一步探討電晶體最常用的共射極組態特性。 • 了解共射極放大器的特性。 Organized by Daw-Tung Lin , NTPU 2

二、原理說明 • 本次課程要介紹共射極組態(Common、Emitter，簡稱CE)，此稱法是因為電晶體的射極會同時出現在放大器的輸入與輸出迴路中的緣故。 • 共射極電晶體若想當放大器使用，其B-E接面須為順向偏壓，C-B接面須為逆向偏壓。如下圖的偏壓電路所示。 Organized by Daw-Tung Lin , NTPU 3

基本共射放大器電路 Organized by Daw-Tung Lin , NTPU 4

基本共射放大器 • 上圖輸入迴路的與用來提供B-E接面適當的順向偏壓以及可使電晶體進入線性工作區的電流。 • 輸出迴路則是由、與電晶體(C、E極)構成，可用來決定負載線(Load Line)，進而決定出共射極放大器的工作點。 Organized by Daw-Tung Lin , NTPU 5

基本共射放大器 • 這裡共射放大器所要放大的是交流小信號，因此在與B極和C極與負載之間均有一個耦合電容( 與 )，這些電容只允許交流信號通過，可以阻隔其他直流信號通過。 Organized by Daw-Tung Lin , NTPU 6

基本共射放大器 • 在P.4的圖裡，利用克希荷夫電壓定律(KVL)，可知輸入迴路的KVL方程式為： • 因此，所需的輸入偏壓電流為： Organized by Daw-Tung Lin , NTPU 7

基本共射放大器 • 以npn電晶體而言，當電晶體處於線性工作區時，B-E接面的壓降約0.7V。因此偏壓電流可用或加以調整，其限制是不能使值太小而讓電晶體變成截止；同時值也不能太大，使集極電阻上的壓降過大，或著讓小於而使電晶體變成飽和即可。 Organized by Daw-Tung Lin , NTPU 8

電晶體特性曲線 • 共射極放大電路輸出迴路的KVL方程式為：或 Organized by Daw-Tung Lin , NTPU 9

電晶體特性曲線圖與負載線和工作點 Organized by Daw-Tung Lin , NTPU 10

電晶體負載線 • (這裡當作CE放大器的負載)與為固定值。當P.9頁的數學式是由變數與所表示的一條直線，此直線稱之為直流負載線(Load Line)。分別令及，可得出此直線與和軸的兩個截點：與。如上圖，將直流負載線畫在電晶體的特性曲線上，他與P.7頁的偏壓電流的特性曲線交點，為電晶體的工作點(operating point)，簡記為Q點(如上圖所示)。 Organized by Daw-Tung Lin , NTPU 11

電晶體上的工作點 • 工作點Q的座標可記作，其值可由P.7跟P.9兩頁的數學式決定。 • 工作點Q的實際位置可依值決定，因此可用或來加以調整。在不考慮交流負載效應下，最理想的Q點正好位於負載線的中間點，即這樣可以讓CE放大器具有最大的輸出不失真範圍。 Organized by Daw-Tung Lin , NTPU 12

放大電路的交流小信號 • 在P.4頁的放大電路中，假設輸入交流小信號為弦波： • 所產生的交流電信號( )會和偏壓電流( )一起輸入電晶體。如下頁圖所示，若令工作點隨基極總電流的變化而沿著負載線做上、下移動，即可畫出，及的變動曲線。 Organized by Daw-Tung Lin , NTPU 13

CE放大器信號放大特性說明 Organized by Daw-Tung Lin , NTPU 14

輸入與輸出波形 Organized by Daw-Tung Lin , NTPU 15

放大電路的交流小信號 • 在P.14頁的圖示中可看出各曲線相對應點之間的關係。這些時間變化量均為直流信號與交流小信號之和；他們的最大變化分別為，， (即 )。 Organized by Daw-Tung Lin , NTPU 16

由上面數學式可定義出衡量放大器的重要參數。由上面數學式可定義出衡量放大器的重要參數。 • 電流增益定義為： • 電壓增益定義為： • 電流增益與電壓增益的乘積為功率增益： Organized by Daw-Tung Lin , NTPU 17

結論 • 由實際的電路實驗可知，共射放大器這些增益值都相當大，因此共射極放大器常用於中間級放大器。 • 由前面的討論可知，工作點Q在負載上的位置會影響輸出信號是否失真。當Q點靠近截止或飽和區時，都會造成輸出信號被截波的失真。 Organized by Daw-Tung Lin , NTPU 18

三、實驗使用材料 • 電晶體 2N2222 × 1個電阻 1.8KΩ × 1個 330KΩ × 1個可變電阻 10KΩ × 1個 1MΩ × 1個陶瓷電容 0.1uF× 1個 (104) 0.01uF× 1個 (103) Organized by Daw-Tung Lin , NTPU 19

四、實驗步驟 • 共射極放大電路特性測試 1. 把下面電路圖接妥。 Organized by Daw-Tung Lin , NTPU 20

2. 先只接直流信號(不要加上電容)，利用數位電表量取輸出端的直流準位。首先將R3歸零(零電阻)，接著調整可變電阻R4，使，想辦法將此時的值(R2+R4)量出，記錄在表一中欄前四列空格中。(表格附在最後) 3. 由信號產生器接入振幅為200mV(正負為100mV)，頻率f=100Hz的弦波訊號，利用示波器量取與的波形，記錄於表中。 Organized by Daw-Tung Lin , NTPU 21

4. 依表一所示之值(R1+R3) ，依順序調整可變電阻R3，記錄輸出波形的變化。 5. 集極電阻維持為1.8KΩ，依表一(5)、(7)列所指示之值調整可變電阻R4，測量輸出波形的變化。 Organized by Daw-Tung Lin , NTPU 22

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