前幾天在錄制三極管放大原理的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)自己在做三極管放大的時(shí)候，不能夠?qū)θ龢O管的放大倍數(shù)進(jìn)行控制。經(jīng)過了幾天的思考與學(xué)習(xí)，現(xiàn)在終于找到了解決的方案，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)了三極管放大中的一些陷阱。以下為本人這幾天的學(xué)習(xí)總結(jié)。

總結(jié)的主要內(nèi)容是講解三極管的無偏置放大電路以及三極管的有偏置放大電路。其中無偏置電路主要是分析該電路的設(shè)計(jì)方法以及分析該電路的缺陷；而有偏置電路同樣是分析其放大設(shè)計(jì)方法，同時(shí)有偏置放大電路是可以實(shí)現(xiàn)可控性放大的，但是其設(shè)計(jì)過程會存在陷阱。本總結(jié)的第二部分即記錄了我在設(shè)計(jì)三極管偏置電路的過程中所犯下的錯誤，以導(dǎo)致我不能夠?qū)崿F(xiàn)可控放大。而在第三部分主要是糾正的過程，最后實(shí)現(xiàn)了可控性放大。

1、三極管的放大-無偏置電壓

我們使用三極管進(jìn)行交流信號放大的時(shí)候，通常是先設(shè)置三極管的靜態(tài)工作點(diǎn)，然后確定剩下的限流電阻、分壓電阻、反饋電阻、耦合電容等參數(shù)，最后完成一個三極管放大電路的設(shè)計(jì)過程。

現(xiàn)在用8050（SOT-23）三極管作為例子：

以下三極管的電氣參數(shù)：

圖1.1 三極管電氣參數(shù)

以下為三極管的特性曲線：

圖1.2 特性曲線

從特性曲線中可以看到，我們給8050設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)時(shí)，將Ib設(shè)置在200uA-250uA間較合適，為便于計(jì)算，將Ib設(shè)為200uA。

現(xiàn)假設(shè)將電源電壓設(shè)為12V，根據(jù)電流Ib=200uA，則Rb需設(shè)為56K；假如此時(shí)Vce=6V；由圖2，可知Ic此時(shí)約為45mA；則Rc計(jì)算約為130R；電路圖如下所示：

圖1.3 電路原理圖1

此時(shí)只要在b極加上信號，即可實(shí)現(xiàn)放大。我在仿真中加入100mv/50Hz的交流信號，結(jié)果如下所示：

圖1.4 放大仿真圖

從圖4中可以看到，這樣的設(shè)計(jì)過程其實(shí)是可以實(shí)現(xiàn)三極管的放大的。但是這個實(shí)際上存在電流Ib不穩(wěn)定的缺陷。

缺陷：工作中，電流Ib不穩(wěn)定

如下圖所示：

圖1.5 Ib電流圖

從圖1.5中可知，電路的Ib不僅取決于+12V電源，還由信號源提供。這表明該電路的放大倍數(shù)會隨著信號源的輸出能力而影響。

這涉及到電容的容抗特性。電容在工作過程中，其容抗?jié)M足以下公式：

Rc = 1/2πfc

由式可知，當(dāng)輸入信號頻率越大時(shí)，容抗值就越小。這說明，在放大電路中，當(dāng)耦合電容的值選定之后，該電路的Ib會隨著輸入信號的頻率的變化而變化。

即：當(dāng)信號頻率越高時(shí)，電容的容抗值越小，則輸入信號的回路中，其回路的阻抗會越低，則信號源的輸出電流就會相應(yīng)增大。

為驗(yàn)證以上猜測，我將100mV/50Hz信號改成100mV/50KHz，結(jié)果如下所示：

圖1.6 實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果圖

由仿真結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)輸出信號的幅值已明顯超過原仿真值，即驗(yàn)證以上猜測是真實(shí)存在的。同樣的道理，假如當(dāng)信號頻率過低時(shí)，該電路就不能夠?qū)ζ溥M(jìn)行信號放大（這其實(shí)就是高通濾波的原理）。

2、三極管的放大-有偏置電壓，實(shí)現(xiàn)可控放大

三極管的另外一種常用的放大電路是帶有偏置電壓的，其電路如圖2.1所示：

圖2.1 放大原理圖/偏置電壓

該電路中，我同樣將其靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)為Ib=200uA、Vce=6V。根據(jù)偏置電壓的設(shè)計(jì)規(guī)則，在使用電阻分壓給做電壓偏置時(shí)，需要將偏置網(wǎng)絡(luò)的電流設(shè)置為靜態(tài)電流的10倍左右，這表明偏置網(wǎng)絡(luò)流過的電流約為2mA，由此可得偏置網(wǎng)絡(luò)的兩電阻值為3K，使其偏置電壓為6V。

該電路的輸出電壓滿足：

Vc = 12 - Ic·Rc                               (1)

其中： Ic=（Vb-0.7）/Re;              (2)

Vb=Vin+6;                                      (3)

則：Vc=12-（Vin+5.3）*Rc/Re;     (4)

根據(jù)式（4），可知該電路的輸出電壓V_c由輸入信號V_in以及R_c與R_e的比值決定。即電路的輸出V_c與輸入信號V_in成反比關(guān)系，同時(shí)V_c的變化量是V_in變化量的R_c/R_e倍。利用該結(jié)論，說明圖2.1的原理圖是可以實(shí)現(xiàn)信號的可控性放大的。

于是我在仿真中同樣給電路加入100mv/50Hz的交流信號，結(jié)果如下所示：

圖2.2 仿真結(jié)果1

圖2.2，可以看到輸出信號基本沒被放大。這是因?yàn)榇藭r(shí)R_c與R_e的比值約為1，所以信號幾乎沒有被放大。于是我將R_c電阻設(shè)為300R，仿真結(jié)果如下：

圖2.3 仿真結(jié)果2

理論上，該電路會對該信號進(jìn)行約為3倍放大，即信號幅值可達(dá)到300mA左右?？墒怯山Y(jié)果可知，該電路并沒有進(jìn)行理論性放大，同時(shí)還出現(xiàn)了底部失真現(xiàn)象，這使結(jié)論變成了謬論。

3、三極管的放大-有偏置電壓，實(shí)現(xiàn)可控放大（正確設(shè)計(jì)）

經(jīng)過了仔細(xì)的分析，發(fā)現(xiàn)在第二節(jié)中的結(jié)論其實(shí)是正確的。這也就意味著問題出現(xiàn)在仿真過程中。

經(jīng)過推敲，我發(fā)現(xiàn)在對電路2（圖2.1）的參數(shù)計(jì)算中，誤解了其中的一個參數(shù)——將V_ce看成為V_c；

由于這個原因，我在設(shè)計(jì)偏置網(wǎng)絡(luò)的時(shí)候，理所當(dāng)然地將偏置電壓設(shè)置在V_cc/2（即6V）上，如圖所示：

圖3.1 偏置網(wǎng)絡(luò)設(shè)為6V

這時(shí)三極管的e極即為5.3V。在第一節(jié)中已經(jīng)提到過，此時(shí)的流過三極管ce極的電流為45mA，于是我也很理所當(dāng)然地，利用R=U/I，求出R_e=117R。最后在根據(jù)電阻分壓的原理，即V_c = V_cc -R_c*I_c = 6V，求得R_c的值為130R。

其實(shí)三極管工作在放大區(qū)的實(shí)質(zhì)，就是三極管的ce極電壓|V_ce| > 0.3V；的工作狀態(tài)。而設(shè)置三極管的靜態(tài)工作點(diǎn)，實(shí)質(zhì)上就是將V_ce（注意這里是C極與e極間的電壓差，不是c極對地的電壓）的電壓設(shè)置在 | Vcc>V_ce > 0.3V | 區(qū)間中。當(dāng)其處于該區(qū)間的中間值時(shí)，在放大過程中，三極管就不容易進(jìn)入飽和區(qū)或者截止區(qū)，即實(shí)現(xiàn)最大的信號放大。同時(shí)，該放大過程滿足于第二節(jié)的結(jié)論。

根據(jù)上述，由于在圖3.1的參數(shù)設(shè)計(jì)中可以看到。由于我將V_ce看成為V_c，此時(shí)設(shè)置的靜態(tài)工作點(diǎn)，其V_ce實(shí)質(zhì)是等于0.7V，如圖3.2所示

圖3.2 實(shí)際電壓分布圖

由于此時(shí)三極管的V_ce=0.7V，即此時(shí)三極管是處于飽和的臨界狀態(tài)。所以只要輸入信號大一些，或者R_c與R_e的比值稍大，都會導(dǎo)致放大結(jié)果失真。

而對于圖2.2中，其放大結(jié)果沒有產(chǎn)生失真的原因，就是因?yàn)檩斎胄盘枮?/span>100mA，而此時(shí)的放大倍數(shù)也約為1。又因?yàn)榇藭r(shí)三極管距離飽和區(qū)有0.7-0.3=0.4V的電壓放大范圍，所以可以輸出完整的波形。

根據(jù)上述的結(jié)果，我重新設(shè)計(jì)電路參數(shù)，電路圖如下所示：

根據(jù)輸出結(jié)果，驗(yàn)證了第二節(jié)中的結(jié)論。即三極管的放大滿足：

Vc=12-（Vin+5.3）*Rc/Re;