基本放大电路之工作状态

基本放大电路-工作状态

1.BJT的三种工作状态

根据BJT在电路中的工作状态，一般将其输出特性曲线图划分为三个工作区域，如图所示：

如图所示，每条曲线基本呈现出两个阶段：一是集电极电流Ic随集射电压Uce的增大快速增长，二是Uce继续增大时，集电极电流Ic基本不变。

一般将输出特性曲线图划分为三个工作区，即图中的放大区、截止区和饱和区。

2.放大状态

BJT之所以称为电流控制型元件，是因为：取基极电流Ib=const（主控），则集射电压Uce变化时，集电极电流Ic（被控）基本不变。此描述即为输出特性曲线中的放大区，请看图中Ib=40μF对应的曲线，再看Ib=60μF对应的曲线。

构建基本共射极放大电路如图所示：

取Rp=500k*2.2%=11kΩ，此时，

Vb(dc)=3.71V

Vc(dc)=4.33V

Ve(dc)=3.05V

则：三极管Q1的发射结正偏，集电结反偏。

输入输出波形如下图所示。其中，蓝色-通道A为输入波形，刻度为10mV/Div；红色-通道B为输出波形，刻度为500mV/Div）。

则，输入电压有效值Ui=7.07mV，输出电压有效值Uo=796mV，输入与输出存在放大关系：

总谐波失真降至1.742%。

3.数据分析

①输入端：输入信号20mVp-p（1kHz），即输入幅值为10mV的正弦波。

②Q1基极获得交流电压19mVp-p（输入信号通过电容C1传输至基极），发射极获得交流电压3.88mVp-p，集电极测得交流电压2.23Vp-p。

以上数据表明：

a.发射极交流电压相比于基极交流电压无放大作用，且与基极交流电压同相位；

b.集电极交流电压相比于基极交流电压具有放大作用，且与基极交流电压反相。

③Q1基极直流偏置电压为3.71V，发射极直流偏置电压为3.05V，集电极直流偏置电压为4.33V。

以上数据表明：

a.Ube=Vb-Ve约为0.66V，发射结正偏；

b.Ubc=Vb-Vc约为-0.62V，集电结反偏。

即，BJT工作于放大区的条件是：发射结正偏，集电结反偏。

④Q1基极电流25.9μAp-p，发射极电流1.14mAp-p，集电极电流1.11mAp-p。

以上数据表明集电极电流与发射极电流近似相等，且比基极电流大得多。

4.小贴士

关于放大过程的说明

通过以上分析，放大过程可描述为：

输入信号经耦合电容C1传输至BJT的基极，并在基极形成变化的电压信号△ub，发射极电压的变化△ue与△ub同相，由△ue形成发射极电流△ie，在△ib很小的情况下，△ie与△ic近似相等（KCL），集电极电阻Rc将△ic转换为△uc（欧姆定律），并从集电极输出至负载。

关于相位关系的说明

关于BJT三个极电压的相位关系，请参阅下图：

图中，蓝色为基极电压波形，绿色为发射极电压波形，红色为集电极电压波形。

问题1：图中的基极与发射极电压波形并不是如前所述的同相位，

答：电路中电容Ce的移相作用导致。

问题2：基极与集电极电压波形反相，

答：因为Rc接于电源与集电极之间，则Rc的压降必然是相对于电源产生的，当Rc压降增加时，相对GND的集电极电位Vc必然减小，反之，Rc压降减小，则集电极电位Vc增加。以上描述也可用下式表达：

Vc=Vcc-ic*Rc