第12节 共发射极放大器 (修订中)
[TOC]
零件和材料
- 一个 NPN 晶体管——推荐型号 2N2222 或 2N3403（Radio Shack 目录 # 276-1617 是一个包含 15 个 NPN 晶体管的封装，非常适合本实验和其他实验）
- 两节 6 伏电池
- 一个 10 kΩ 电位器，单圈，线性锥形（Radio Shack 目录 # 271-1715）
- 一个 1 MΩ 电阻
- 一个 100 kΩ 电阻器
- 一个 10 kΩ 电阻器
- 一个 1.5 kΩ 电阻器
交叉参考 电路课程，第 3 卷，第 4 章：“双极结型晶体管 (opens new window)”学习目标
- 共射极 (opens new window)放大电路的设计
- 如何测量放大器电压增益
- 反相放大器和同相放大器的区别
- 在放大器电路中引入负反馈的方法
原理图，示意图
插图
指示
构建此电路并测量输出电压（在晶体管的集电极端子和地之间测量的电压）和输入电压（在电位器的抽头端子和地之间测量的电压），用于电位器的几个位置设置。我建议确定输出电压范围，因为电位计在其整个运动范围内进行调整，然后选择跨越该输出范围的几个电压进行测量。
例如，如果电位器完全旋转驱动放大器电路的输出电压从 0.1 伏（低）到 11.7 伏（高），则在这些限制之间选择几个电压电平（1 伏、3 伏、5 伏、7 伏、9 伏）和 11 伏）。用仪表测量输出电压，调整电位器以获得输出端的这些预定电压中的每一个，记下确切的数字以供以后参考。
然后，测量产生该输出电压的准确输入电压，并记录该电压值。最后，您应该有一个代表几个不同输出电压及其相应输入电压的数字表。
取任意两对电压值，并通过将输出电压差除以输入电压差来计算电压增益。例如，如果 1.5 伏的输入电压给我 7.0 伏的输出电压，而 1.66 伏的输入电压给我 1.0 伏的输出电压，则放大器的电压增益为 (7.0 - 1.0)/(1.66 - 1.5) ，或 6 除以 0.16：增益比为 37.50。
在进行这些电压测量时，您应该立即注意到两个特征：首先，输入到输出的效果是“反向的”；也就是说，_增加_的输入电压会导致_降低_的输出电压。这种效应称为信号反相，这种放大器称为_反相_放大器。
其次，该放大器具有非常强的电压增益：输入电压的微小变化会导致输出电压的巨大变化。这应该与前面讨论的“电压跟随器”放大器电路形成鲜明对比，后者的电压增益约为 1。
共射极放大器因其高电压增益而被广泛使用，但很少以如此粗糙的形式使用。尽管此放大器电路用于演示基本概念，但它非常容易受到温度变化的影响。
尝试将电位器保持在一个位置并通过用手牢牢抓住晶体管或用其他热源（例如电吹风）加热来加热晶体管（警告：小心不要让它太热以至于你的塑料面包板融化！ ）。
您还可以通过冷却晶体管来探索温度效应：将冰块接触其表面并注意输出电压的变化。当晶体管的温度发生变化时，其基极-发射极二极管特性会发生变化，从而导致相同输入电压的基极电流量不同。
这反过来又会改变通过集电极端子的受控电流，从而影响输出电压。这种变化可以通过使用信号_反馈_来最小化，从而将输出电压的一部分“反馈”到放大器的输入端，从而对电压增益产生负面影响或抵消影响。
以牺牲电压增益为代价来提高稳定性，这是一种折中的解决方案，但仍然很实用。向共发射极放大器添加负反馈的最简单方法可能是在发射极端子和地之间添加一些电阻，以便输入电压在基极- PN 结 (opens new window)和新电阻上的电压降之间分压：
在安装 1.5 kΩ 电阻器的情况下重复相同的电压测量和记录练习，计算新的（降低的）电压增益。尝试再次改变晶体管的温度并注意稳定输入电压的输出电压。
与没有 1.5 kΩ 电阻器的情况相比，它的变化更多还是更少？向该放大器电路引入负反馈的另一种方法是通过一个高阻值电阻将输出“耦合”到输入。在晶体管的集电极和基极之间连接一个 1 MΩ 电阻效果很好：
尽管这种不同的反馈方法通过减小增益实现了提高稳定性的相同目标，但两个反馈电路的行为并不相同。请注意每种反馈方案的可能输出电压范围（通过输入电压电位器的全扫描获得的低电压和高电压值），以及这两个电路之间的差异。
电脑模拟
带有 SPICE 节点号的示意图：
网表（制作一个包含以下文本的文本文件，逐字）：
共发射极放大器 vsupply 1 0 dc 12 vin 3 0 rc 1 2 10k rb 3 4 100k q1 2 4 0 mod1 .model mod1 npn bf=200 .dc vin 0 2 0.05 .plot dc v(2,0) v(3 ,0) .end
该SPICE 仿真 (opens new window)设置了一个以可变直流电压源 ( vin ) 作为输入信号的电路，并测量节点 2 和 0 之间的相应输出电压。输入电压在 0.05 伏特范围内从 0 到 2 伏变化或“扫描” -伏增量。
结果显示在图表上，输入电压显示为直线，输出电压显示为“阶梯”图，电压开始和结束电平，中间有一个陡峭的变化，晶体管处于其活动模式手术。
相关练习：
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