SRM2264M12前已指出,BJT的重要特性之一是具有電流控制(即電流放大)作用,利用這一特性可以組成各種放大電路。單管放大電路是復雜放大電路的基本單元。本節將以基本共射極放大電路為例,介紹放大電路的組成及工作原理。

基本共射極放大電路的組成,圖4.2,1是基本共射極放大電路的原理圖。其中BJT是核心元件,起放大作用。直流電源ybb通過電阻Rb給BJT的發射結提供正偏電壓,并產生基極直流電流ib(常稱為偏流,而提供偏流的電路稱為偏置電路)。直流電源ycc通過電阻Rc,并與ybb和Rb配合,給集電結提供反偏電壓,使BJT工作于放大狀態。電阻Rc的另一個作用是將集電極電流的變化轉換為電壓的變化,再送

到放大電路的輸出端。us是待放大的時變輸入信號,加在基極與發射極間的輸人回路中,輸出信號從集電極一發射極間取出,發射極是輸入回路與輸出回路的共同端(稱為“地”,用“上”表示),所以稱為共發射極放大電路。

基本共射極放大電路,基本共射極放大電路的工作原理

設圖4.2.1中的時變信號vs為正弦信號。顯然,放大電路中的電壓或電流既含有直流成分,又含有交流成分,稱為交、直流共存。交流信號疊加在直流量上。分析計算及設計時,常將直流和交流分開進行,即分析直流時,可將交流源置零,分析交流時可將直流源置零,總的響應是兩個單獨響應的疊加。

靜態(直流工作狀態),輸人信號ri=o時,放大電路的工作狀態稱為靜態或直流工作狀態。此時,電路中的電壓、電流都是直流量。

靜態時,BJT各電極的直流電流及各電極間的直流電壓分別用ib、ic、vbE、vcE表示,這些電流、電壓的數值可用BJT特性曲線上的一個確定的點表示,該點習慣上稱為靜態工作點Q①,因此常將上述四個電量寫成ibQ、rcQ、vbEQ、vcEQ。

在放大電路中設置靜態工作點是必不可少的。因為放大電路的作用是將微弱的輸入信號進行不失真地放大,為此,電路中的BJT必須始終工作在放大區域。如果沒有直流電壓和電流,如設圖4.2,1中的vbb=0,當輸人電壓rs的幅值小于發射結的門坎電壓yth(硅管0.5Ⅴ、鍺管0.1Ⅴ)時,則在輸人信號的整個周期內BJT始終是截止的,因而輸出電壓沒有變化量。即使輸人電壓幅值足夠大,BJT也只能在輸人信號正半周大于ylh的時間內導通,這必然使輸出電壓出現嚴重失真。所以必須要給放大電路設置合適的靜態工作點c靜態工作點可以由放大電路的直流通路(直流電流流通的路徑)用近似計算法求得。這種方法比較簡便,具體步驟如下:

畫出放大電路的直流通路,標出各支路電流。

令圖4.2.1中的vs=0,可得其直流通路如圖4.2,2所示電路的直流通路.

由基極一發射極回路求r:Q(或JEQ),由圖4.2.2可知

IBQ=vbb-vbeq/rb (4,2,1)

Q系Quiescent的字頭。

式中,vbeq常被認為是已知量,硅管約為(0,6~0.7)v.鍺管約為(0.2~0.3)Ⅴ。

由BJT的電流分配關系求得

fcQ=bibQ+iceq≈bibq         (4.2.2)

由集電極一發射極回路求vceQ

vceQ=vcc-icqrc            (4.2.3)

靜態工作點還可以用圖解法求得,這在后面再介紹．

例4,2.1 設圖4,2.1所不電路中的vbb=4V.vvc=12v,Rb=220 kΩ,Rc=5.1 kΩ,卩=80,vbeq=0.7V.試求該電路中的電流ibQ、icQ、電壓vcEQ,并說明BJT的下作狀態.

解:iBQ=vbb-vbEQ/Rb=4Ⅴ-0.7Ⅴ/220×103Ω=1.5*10-5a=15ua

icQ≈bibQ=80×15uA=1200uA=1.2mA

ycEQ=ycc~rcQRc=12Ⅴ-1.2×10ˉ3×5.1×103V≈5.9Ⅴ

由vbEQ=0,7Ⅴ,ycEQ≈5.9Ⅴ知,該電路中的BJT工作于發射結正偏、集電結反偏的放大區。

動態,圖4,2,1中輸人正弦信號vs后,電路將處在動態工作情況。此時,BJT各極電流及電壓都將在靜態值的基礎上隨輸入信號作相應的變化。基極一發射極間的電壓vbE=ybEQ+ube,vbe是us在發射結上產生的交流電壓。當ube的幅值小于ybEQ,且使發射結上所加正向電壓仍然大于vth時,vbE隨vs的變化必然導致受其控制的基極電流ib、集電極電流fc產生相應變化,即ib=ibQ+ib,ic=JcQ+ic,其中ic=bib是交流電流。與此同時,集電極一發射極間的電壓vcE也將發生變化,vcE=vcc-Jcrc=ycEQ+uce。需要說明的是,在ps的正半周,ubE、

jb、ic都將在靜態值的基礎上增加,電阻Rc上的電壓降也在增加,因此,電壓vcE在靜態ycEQ的基礎上將減小。在vs的負半周,情況則相反,于是1,cc與vs是反相的。將uce用適當方式取出來,作為該放大電路的輸出電壓。只要選擇合適的電路參數,就可以使輸出電壓的幅度比輸人電壓的幅度大得多,實現電壓放大作用。

如果只分析放大電路的交流參數,一般要畫出交流通路(交流電流流通的路徑)。

畫交流通路的原則是:

對交流信號,電路中內阻很小的直流電壓源(如ycc等)可視為短路;內阻很大的電流源或恒流源可視為開路。對一定頻率范圍內的交流信號,容量較大的電容可視為短路。