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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:

基本放大电路之工作状态

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:

基本放大电路之工作状态

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)。

基本放大电路之工作状态

基本放大电路之工作状态

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:

基本放大电路之工作状态

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:

基本放大电路之工作状态

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