三極管放大電路各點電壓、電流波形圖

  • 我們知道晶體三極管具有電壓、電流
    放大功能,有飽和、放大、截止三個工作區,有共射、共基、共集三種基本接法,其輸入、輸出信號隨接法不同而相位不同,下面就共射接法各點電壓、電流變化情況做一探討。通過分析我們可以進一步認識三極管的放大原理,為電路分析打下良好的基礎。
三極管放大電路各點電壓、電流波形圖

共發射極放大電路

  • 上圖中C1、C2分別是輸入、輸出耦合電容,Rb為基極偏置電阻,Rc為集電極負載電阻,VT為npn三極管,輸入電壓為u1、發射結輸入電壓為u2、集電極負載電阻Rc兩端電壓為u3、集電極發射極之間的電壓為u4、最後的輸出電壓為u5,基極電流為ib,集電極電流為ic,電源為Ec,該電路屬於典型的、基本的共射放大電路,也即輸入和輸出的公共端為發射極
  • 我們通過選擇合適的電路元件參數,使其發射結正偏、集電結反偏(Uc>Ub>0),那麼該電路就工作在放大狀態,輸入、輸出電流滿足ic=βib關係,也即集電極電流是基極電流的β倍。
  • 設輸入為一正弦交流小信號u1(注意是小信號,也即在±0.7v內,如果超過了這個範圍會出現飽和失真、截止失真問題),其大小和方向均做週期性變化,平均值為零;經過電容C1的耦合後其與原直流偏置電壓Ube疊加後變成了脈動直流信號u2,也即u2的波形和u1一樣,但u2均為正值即u2>0,u2的平均電壓不在為零,這樣做的目的是因為發射結導通有一個
    死區電壓,必須抬升電壓後才能保證完整的信號輸入,否則信號會被削去大部分,造成了嚴重的失真。見下圖輸入電壓u1、u2波形圖。
三極管放大電路各點電壓、電流波形圖

輸入電壓u1、u2波形圖

  • 輸入電壓u1、u2是激勵,基極電流ib是響應,基極電流ib、集電極ic的波形如下,ib與u1波形一致,也為脈動直流,三極管工作在放大區,符合ic=βib的關係,信號電流被放大,集電極電流ic波形與輸入電流ib波形一致;也就是ib和ic是同相關係,要增加都增加,要減小都減小;見下圖輸入電流與輸出電流波形圖。
三極管放大電路各點電壓、電流波形圖

輸入輸出電流波形圖

  • 因為Rc是純電阻,因此集電極負載電阻兩端電壓u3與集電極電流ic是同相關係,它們之間的關係符合歐姆定律,即u3=icRc,因此u3也是脈動直流;而u4=Ec-u3,它們之間符合克希荷夫電壓定律,u3增大那麼u4減小,它們的和是定值Ec,也就是它們存在反相關係,那麼u4與ic、ib也是反相關係,與u1也是反相關係,這就是共射接法的反相作用,根本原因是Rc的作用,試想如果我們從Rc上獲取電壓那麼輸入與輸出就是同相關係了。u3u4的波形圖如下圖所示。它們均比輸入電壓u1幅度增大了許多。
三極管放大電路各點電壓、電流波形圖

u3u4變化波形

  • 由於u4在隨著u1的變化而變化著,導致電容C4電壓也指跟隨變化,也即進行著充放電,而充放電的時候電流方向是不一樣的,這樣就將脈動直流電變成了交流電,也就輸出電壓u5是一個波形和u4一樣,但有了負值,幅值遠大於輸入電壓u1.且u5和輸入電壓u1是反相關係。
三極管放大電路各點電壓、電流波形圖

輸出電壓u5


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