放大器靜態(tài)工作點(diǎn)和放大倍數(shù)的測量實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)一放大器靜態(tài)工作點(diǎn)和放大倍數(shù)的測量學(xué)過模電的朋友應(yīng)該對三極管或者場效應(yīng)管的放大電路（本文所說的放大電路均指電壓放大）不會感到陌生吧，這可是模電中的重點(diǎn)，但是也是難點(diǎn)，自己知道很重要，就是搞不明白怎么回事，沒關(guān)系這次就以三極管放大電路的三種組態(tài)為例給大家簡單說一下放大電路的放大倍數(shù)計(jì)算公式。三極管組成的基本組態(tài)放大電路可以分為三種，分別是共射放大電路、共基放大電路和共集放大電路。共射放大電路共射放大電路是低頻電路中很常用的一種，在記公式的時候有的書上又分為發(fā)射極加電阻和不加電阻，其實(shí)也可合為一個，因?yàn)槿绻l(fā)射極不加電阻，完全可以認(rèn)為發(fā)射極上的電阻為零，先來看一下共射放大電路原理圖，看看長什么樣。

看起來是不是感覺很復(fù)雜，但是這里分析的時候可以分為兩個步驟，一個是交流電路的分析，一個是直流電路的分析，直流電路一般是用來求靜態(tài)工作點(diǎn)，因?yàn)樵谇蠓糯蟊稊?shù)的時候有個參數(shù)和靜態(tài)工作點(diǎn)的選取有關(guān)，后面也會提到，我們想求的是放大倍數(shù)，所以應(yīng)該用到交流通路。

下面著重講一下，三極管放大電路中靜態(tài)工作點(diǎn)的重要性

三極管是一個電流控制型器件，它根據(jù)基極電流IB的變化，可以引起集電極電流IC的一個較大的變化，其原理就相當(dāng)于汽車上的方向盤，人在車內(nèi)只要稍稍動一下方向盤，就能引起車輪左右擺動，這實(shí)際上就是一個信號的放大。三極管放大也是如此，我們可以說成集電極電流是由基極電流來控制的，其控制系數(shù)就是β，集電極電流就是基極電流的β倍。

靜態(tài)工作點(diǎn)的必要性

為了使三極管工作在放大狀態(tài)，就要使三極管的集電結(jié)反偏，發(fā)射結(jié)正偏。我們就需要給各極之間加以適當(dāng)?shù)钠秒娐?，也就是給三極管設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。而所謂的靜態(tài)工作點(diǎn)，就是在不加輸入信號的時候，由直流電源單獨(dú)作用在三極管各極上的電壓或電流，有基極電流IB，集電極電流IC，發(fā)射結(jié)電壓UBE，以及管壓降UCE，共四個物理量，而我們在實(shí)際應(yīng)用時，常常將發(fā)射結(jié)電壓記住已知的，就是硅管0.7V，鍺管0.2V，實(shí)際上這是取的近似值。這是因?yàn)槿龢O管發(fā)射結(jié)相當(dāng)于一個二極管，要想使輸入信號全部流入，只有輸入電壓大于它的開啟電壓，一般硅管為0.7左右，鍺管為0.2V。而在實(shí)際中我們被放大的信號通常很小，假如直接輸入到三極管的基極，恐怕都不足以使三極管導(dǎo)通，這就需要我們預(yù)先將基極電位抬高，使三極管的發(fā)射結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)，此時輸入微弱的小信號即會全部流入三極管內(nèi)部了。為了使三極管能夠正常不失真的放大信號，我們就必需要為它設(shè)置一個合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。這是對于輸入而言，設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)的必要性。

而對于輸出來講，晶體管基極電流對集電極電流有控制作用，當(dāng)基極電流馱載著交流信號正常加入放大器中時，集電極電流也會在它的直流分量上產(chǎn)生一個動態(tài)的交流信號，并且在集電極產(chǎn)生的交流信號是基極輸入信號的β倍，此時這個被放大了的動態(tài)信號在集電極電阻上就會產(chǎn)生一個不斷變化的電壓信號，如果集電極的直流工作點(diǎn)設(shè)置過低，那么這個電壓信號在上升的時候就有可能被削去波形的下側(cè)，如果設(shè)置的過高，就有可能被削去波形的上側(cè)，使被放大的信號不能正常輸出。所以，最好的辦法就是將集電極的電位設(shè)置在電源電壓和射極電位的中點(diǎn)，比如電源電壓12V，射極電位為2V，那么集電極的電位最好就是7V了。這是對輸出而立，設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)的必要性。

對于上面那個實(shí)際電路交流分析并不是很利于理解，這里記公式的時候以下面這個電路為例。

這個電路看起來是不是感覺舒服多了，其中T為三極管，Rs是信號源的內(nèi)阻，Re是發(fā)射極上的電阻，Rc是集電極上的電阻，RL是負(fù)載，畫出來交流通路（就是上面那張圖），如果想自己推導(dǎo)出來公式，可以把交流通路中的三極管改成三極管的小信號等效電路，其他元件對應(yīng)位置不用動，這里就不推導(dǎo)了，直接給出來結(jié)果，發(fā)射極含有電阻的共射放大電路放大倍數(shù)公式為：

其中β為三極管放大倍數(shù)，RL'是Rc與RL并聯(lián)后的等效電阻，Re就是發(fā)射極上的電阻，Rbb'是由基極引線電阻和基區(qū)體電阻組成的，其值大約為幾十歐，Rbb'和三極管本身有關(guān)與外電路無關(guān)，Rb'e阻值很大，在千歐級別，因此Rbb'可以忽略，不過Rb'e和靜態(tài)工作點(diǎn)選取有關(guān)，也就是上面加黑的那句話，計(jì)算公式為：

β同樣為三極管的放大倍數(shù)，Icq是直流通路中流向集電極的電流，其和外電路有關(guān)，但是當(dāng)電路確定后，Icq也是個定值了。

共基放大電路共基放大電路輸入電阻很小，輸出電阻很大，而且頻率特性好，但是共基放大電路只有電壓放大能力，并沒有電流放大能力，直接看一下交流通路電路圖。

這個電路是不是看起來很怪，電流從發(fā)射極流入集電極流出的是共基極放大電路（看這個電流流向本身就感覺很怪，但是他確實(shí)就這樣），通過共射電路的介紹我相信大家應(yīng)該對原理圖上的四個元件很熟悉了，我們直接來看一下這個電路的公式：

其實(shí)這個電壓放大倍數(shù)的大小是和共射放大電路發(fā)射極不接電阻時是一樣的，只不過二者相差一個負(fù)號，公式中每個字母代表的含義和共射極放大電路也是一樣的，也就是β表示三極管的放大倍數(shù)，RL'等于Rc并上RL，Rbb'是由基極引線電阻和基區(qū)體電阻組成的，Rb'e的計(jì)算方法也和共射放大電路相同。

共集放大電路共集放大電路的輸入電阻很大，輸出電阻很小，但是只有電流放大能力，沒有電壓放大能力，一般接近但小于1，共集放大電路的交流通路如下。

乍一看感覺和發(fā)射極沒電阻的共集放大電路很像，區(qū)別就是交流地的位置不一樣，自己可以對比一下，以便于區(qū)分。交流放大倍數(shù)的公式為：

從公式中也可以看出來電壓放大倍數(shù)是不可能大于1的，通常1+β很大，再加上后面乘上一個大電阻Re'，所以,這個結(jié)果是接近于1的。這個公式中就一