ADALM2000实验：共发射极放大器-EDA365

【导读】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。

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R_L ，用于产生合适的标称集电极电流I_C，V_CE电压约为V_P (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(V_P = 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，V_IN 和V_CE。

图4.共发射极放大器测试配置，V_IN 和V_BE。

共发射极放大器的电压增益A可以表示为负载电阻R_L与小信号发射极电阻r_e的比值。晶体管的跨导g_m是集电极电流I_c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r_e和集电极负载R_L。因此，由R_L与r_e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(V_BE)。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）。