由浅入深——晶体管放大电路基础(一)

简介: 由浅入深——晶体管放大电路基础

前文


       “真的勇士,敢于直视淋漓的鲜血和惨淡的模电!”

       本文将从原理到方法,结合适当的补充内容,为“模电主义”开辟一条有趣而可行的学习之道。俗话说的好,男人可以没有切尔西,但不能没有一份模电好秘籍。那么废话不多说,我们开始“单刀直入”吧!

PS:配套书籍为《电路与模拟电子技术 第三版》(殷瑞祥主编)。仅作为课程补充,具体请以授课内容为主!

如果不清楚基极b、集电极c、发射极e以及放大区等涉及到的基础知识,请看书6.2的详细解释,此处不做赘述。很重要,一定要了解再向下看!

正文


何为“放大”,怎么理解所谓“放大电路”呢?


放大的概念


 放大电路属于一种功能模块,本质上对于一个功能模块而言,无论我们想要其实现任何作用,首先得要实现对能量的控制

       而对于放大电路所具有的放大作用,即是小信号对大能量的控制。在这个过程中,被放大的量为变化量——好比使用话筒说话时经过放大产生的强弱音量。

放大电路的基本组成


image.png

Q:为啥放大电路需要外加一个直流电源呢?

A:前面我们说过,放大电路具有放大作用,即信号的能量或功率得到增强。而从能量的角度来看,这一部分”增强“并不会凭空产生——要求必须具备能量补充的来源,即图中可以直接看见的直流电源以及未画出的能量的转化装置(器件)。

   简化来看,整个流程是:输入信号源产生需要被放大的信号➡经放大电路输入端口传入➡完成信号的转换及放大➡经输出端口传出➡负载接受放大电路产生的信号能量,完成整个电路的功能。

放大电路工作条件


       1、晶体管工作在放大区;

       2、放大信号能输入、能输出。

放大电路的三种组态


BJT三种组态


BJT——双极型面接触晶体管

1、共发射极组态


image.png

       输入在基极(左侧),输出在集电极(右侧),公共端共发射极(下部正中心结点)。通常简写为CE

       既能放大电压,又能放大电流。

       使用频次最高。

2、共集电极组态


image.png

       输入在基极(左上侧),输出在发射极(右下侧),公共端集电极(右上侧)。通常简写为CC

       不能放大电压,可以放大电流。

       使用频次较多。

3、共基极组态


image.png

       输入在发射极(左上侧),输出在集电极(右上侧),公共端基极(中心处)。

       不能放大电流,可以放大电压。

       使用频次较少。

参考书P181-182。

共射基本放大电路的组成及其工作原理


image.png

       分析其组成,让我们先回到之前的放大电路条件——首先我们需要保证晶体管工作在放大区,左侧加电源Eb实现发射极正偏;其次右侧加电源Ec实现集电极反偏——Ec > Eb,集电极电位高于基极。至此,可以工作在放大区,条件一满足。

简化


       实际中上面电路需要两个电源,比较麻烦,我们可不可以只使用一个电源实现放大电路呢?

       答案是肯定的,我们来看下图:

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    Vcc加到集电极;我们不难注意到此图多了一个Rb,而Vcc恰通过Rb加到基极,此个回路中使发射极正偏,只需要Rc取到恰当的大小,使得集电极的电位比基极高,就实现了反偏。

Q:信号的输入与输出的完成靠什么来呢?

A:这里注意到C1与C2两个电容,我们需要它们的”帮助“。

一般的电容有两个极板,我们称之为无极性电容,一般容量小。

而仔细观察我们可以发现,C1与C2旁有两个”+“号,表示其为大电容。一般大电容成本最低的实现方法是使用电解电容——内部由锡纸环绕而成,在中间加入电解质隔离而成的电容。

电容的特性是”通直阻交“,我们的输入信号是正弦波交流信号,Ub与Uc不能因为信号源而改变,而交流信号可以畅通无阻直达放大器之上。

注意:C1与C2的+端一定只接电位的高电位端,如果接反,电解电容会出现电解液泄露继而漏电,甚至是爆炸!

题外话,市场上电容一般是长正短负(管脚),或按标志来接线。

     回到图片(右),Vcc接Rc形生的电压一定是比较大的,而负载处是较小的,可以印证以上的电解电容接线方式。

分析方法


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   在分析时需要记住:

image.png

 至于具体电路中的电流与电压变化,则需要根据关系列出等式,以及综合如P184的晶体管输入特性曲线走向等相关影响因素来进行判断,细节的分析请多关注书上的内容以及PPT内容,老话说“勤能补拙”,此处就不赘述了。

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