ADALM2000实验——共发射极放大器

目标

本活动的目的是研究BJT的共发射极配置。

背景知识

共发射极放大器是三种基本单级放大器拓扑之一。BJT共发射极放大器一般用作反相电压放大器。晶体管的基极端为输入，集电极端为输出，而发射极为输入和输出共用（可连接至参考地端或电源轨），所谓“共射”即由此而来。

材料

●ADALM2000主动学习模块

●无焊面包板

●五个电阻

●一个50 kΩ可变电阻、电位计

●一个小信号NPN晶体管（2N3904）

指导

图1所示配置展现了用作共发射极放大器的NPN晶体管。选择适当的输出负载电阻RL，用于产生合适的标称集电极电流IC，VCE电压约为VP （5 V）的一半。通过可调电阻RPOT与RB来设置晶体管（IB）的标称偏置工作点，进而设置所需的IC。选择适当的分压器R1／R2，以便通过波形发生器W1提供足够大的输入激励衰减。考虑到在晶体管VBE的基极上会出现非常小的信号，这样做更容易查看发生器W1信号。衰减波形发生器W1信号通过4．7 uF电容交流耦合到晶体管基极，以免干扰直流偏置条件。

图1．共发射极放大器测试配置。

硬件设置

波形发生器输出W1配置为1 kHz正弦波，峰峰值幅度为3 V，偏移为0 V。并将其连接在示波器通道1＋上，以显示发生器输出的信号W1。示波器通道2 （2＋）用于交替测量Q1基极和集电极的波形。

图2．共发射极放大器测试配置面包板连接。

程序步骤

打开连接到BJT晶体管集电极（VP ＝ 5 V）的电源。

配置示波器以捕获多个周期的输入信号和输出信号。

图3和图4是使用LTspice® 得到的仿真电路波形图示例。

图3．共发射极放大器测试配置，VIN和VCE。

图4．共发射极放大器测试配置，VIN和VBE。

共发射极放大器的电压增益A可以表示为负载电阻RL与小信号发射极电阻re的比值。晶体管的跨导gm是集电极电流IC和所谓的热电压kT／q的函数，在室温下其近似值约为25 mV或26 mV。

小信号发射极电阻为1／gm且可视为与发射极串联。现在，在基极上施加电压信号，相同的电流（忽略基极电流）会流入re和集电极负载RL。因此，由RL与re的比值可得到增益A。

图5所示为另一种共发射极放大器测试电路方案。除了两个小优势之外，所有属性基本相同。其中一个优势是基极电流偏置不再取决于指数基极电压（VBE）。第二个优势是AWG1衰减后输出的交流小信号与基极偏置电路无关，并且无需交流耦合。当把交流小信号接在运算放大器的同相端子时，由于负反馈的作用，它也会出现在晶体管的基极端（反相运算放大器输入）。

图5．替代方案的共发射极放大器测试配置。

图6．替代方案的共发射极放大器测试配置面包板连接。

图7．替代方案的共发射极放大器测试配置，VIN和VBE。

图8．替代方案的共发射极放大器测试配置VBE缩放。

审核编辑：符乾江