三极管单级低频放大电路中各元件作用分析

三极管单级低频放大电路中各元件作用分析作者：李佳俊
来源：《消费电子》2023年第12期
【关键词】共射放大电路；旁路电容；稳定静态工作点；分压偏置电路
前言
放大电路是信号传输的重要部件，其有对微弱电信号的放大并且保持输入与输出信号波形相同的作用。

引起放大电路不能正常工作的原因有许多，例如温度的变化、三极管出现老化、电源电压出现波动等因素，而其中温度是最为重要的影响因素。

单级低频放大电路又被称为静态工作点稳定的典型电路。

保持静态工作点的稳定即可保持晶体管始终工作在放大器，减小温度对晶体管工作的影响。

该电路便可应用于实际。

通过分析电路中各元件的作用，便可了解单级低频放大电路是如何保持其静态工作点的稳定。

在实验中，调节电位器RW，始终保持静态工作点稳定，即UEQ=3V。

调节任意波形发生器的输出电压的幅值，始终保持输入信号Ui=5mV。

输入直流电压UCC=12V。

单级低频放大电路中RB2，RE，CE，C2，RC的作用分析（如图1）。

相对于主电路来讲，偏置电路是为三极管基极提供电路的电路。

偏置电路的作用主要是使放大器工作在放大区，使放大器可以不是真的将信号放大。

在分压偏置电路和阻容耦合放大电路的直流通路中，RB1和RB2串联分压取代图2中基极电阻RB。

合理选择RB1和RB2，使得基极电流IB远大于流过RB2电流I2，基极电位VB 远大于UBE，就可以认为基极这条支路为开路，即可满足公式（1），使得基极电位基本与温度无关。

在温度变化时，基极电压VB保持基本不变[1]。

IE为发射极电流，IC为集电极电流。

由于基极这条支路为开路，即IB可近似视为0，即可由公式（2）得到公式（3）。

当温度升高时，IC升高，由IC≈IE可知，当IC升高时，IE随之升高，同时发射极电位VE也会升高。

但是，因为VB基本不变，因此UBE呈现出下降的趋势，进而会使得IB也减小，并最终使得IC减小，发挥出稳定静态工作点的作用。

由公式（4）可计算出放大电路的电压增益Av。

由表1可知，在增大RB2时，UBQ随之不断增大，符合上述结论。

保持UEQ稳定，放大电路的电压增益基本保持不變。

在上述过程中，也应用到了电阻RE在电路中的作用，下面将详细分析电阻RE的作用。

从晶体管的特性可知随着温度的升高，会使晶体管集电极电流（IC）升高，导致静态工作点的改变，从而使信号产生失真。

由表2可知随着RE的增大UEQ增大，IC减小。

所以RE对电路起负反馈作用。

反馈主要有正反馈与负反馈两种。

反馈量是输出量的函数。

反馈量导致放大电路净输入量的变化出现增大的反馈就被称之为正反馈，相反则被称之为负反馈。

正反馈与负反馈两者都具
有各自的优势和劣势。

其中，正反馈的优势就是可以提高放大倍数，但是其劣势是会导致电路工作不稳定。

而负反馈的劣势是会让放大电路的劣势降低，而其优势则是能够让放大电路的各项性能得到改善，让发达电路更加稳定。

温度升高，集电极电流（IC）升高，由于RE的作用让发射极的电压升高，但是因为基极电压基本不变，所以基极和发射极两端电压会减小，进而使得基极电流减小，在晶体管的作用下使集电极电流（IC）减小，保持静态工作点的稳定。

由公式（5）可计算出Ic。

RE在静态工作点稳定的典型电路中起直流负反馈作用，其值越大，反馈越强，静态工作点越稳定。

在上述两点的分析中可知，分压偏置电路和直流负反馈电阻RE二者共同作用，减小温度对放大电路性能的影响，使得静态工作点保持稳定[2]。

由表2可知，RE并不是越大越好，随着RE的增大电压增益Av不断减小。

电路中增加RE虽然保持了静态工作点的稳定，但也对电路产生了消极的影响。

RE的增大会使放大电路的放大倍数减小，符合其负反馈的特性。

对RE并联一个电容便可解决这一问题，这便是旁路电容的作用之一，下面将对旁路电容的作用进行详细分析。

旁路电容的主要作用是滤掉电路不需要的交流信号和为电路设置一个交流通路。

在单级低频放大电路中更多的是第二种功能。

由表3可知，随着旁路电容CE电容值的增大，晶体管放大倍数不断增大。

由上一章节对RE的分析可知，RE会使放大电路的放大倍数降低，在RE处并联一个电容便可解决这一问题。

对于交流信号，旁路电容CE相当于短路，为交流信号提供了一个通路，信号并没有被RE损耗，有效地解决了随着RE的增大电压增益Av不断减小的问题。

当RE并联了旁路电容后，极大地减少负反馈量，这样可以提高放大电路的放大倍数，即增益[3]。

由电容的特性可知，如果想要低频信号也可以无损地通过放大电路进行放大，则希望（就需要）电容的电容值足够大，其对交流信号的阻碍足够小，这符合实验中随着旁路电容CE电容值的增大，晶体管放大倍数不断增大这一现象。

但旁路电容的电容值也不是越大越好，旁路电容值的增大会对放大电路的通频带产生影响。

通频带是衡量放大电路对不同频率信号的适应能力。

由于电路中一些器件的电容特性，会使放大电路在一些信号频率下的放大倍数减小。

所以放大电路只能工作在特定的频率范围内。

fH是放大电路的上限频率，fL是放大电路的下限频率。

上下限频率是指可以使放大电路正常工作在放大区的极限频率。

由公式（6）可求得放大电路的频带宽度B。

由表2数据可得随着旁路电容CE的增大，放大电路的下线频率fL不断降低，使通频带不断展宽。

整个电路的下线频率受旁路电容CE的影响很大。

四、耦合电容C2的作用及分析
耦合指的是系统内部的各个部分相互之间的依赖、影响以及制约的情况。

简单来讲，耦合就是连接的意思。

通过电容的基本特性来将电容串联在电路的前后级的中间，就是耦合电容。

耦合电容具有可以近似无衰减的传递信号和阻隔直流的功能。

电容都有隔直流通交流的特点，耦合电容C2也不例外。

主要作用是减少直流对交流信号的影响，使负载上只有交流信号的作用。

输入信号的变化首先引起基极電流IB的变化，从而导致集电极电流IC的变化，由公式（7）可知，集电极电阻RC的主要作用是将电流的变化转化成电压的变化。

如果没有RC或者说RC太小，UCE近似等于UCC，此时虽然IC还是跟随IB的变化而变化，但由于RC太小，导致输入信号的变化在输出信号上体现不出来。

但RC也不是越大越好，RC太大以至于ICRC的大小接近UCC的大小，使放大电路的放大倍数大大减小，甚至不是放大而是缩小。

由表4可知，RC阻值为2kΩ时对于放大电路较为合适，RC阻值过大或过小都会影响放大电路的性能。

当RC=5.1kΩ时，放大倍数甚至只有1.6倍。

以上分析的只是对单级低频放大电路影响较大的几个元件，实际上更换电路中任何一个元件都会对电路产生一定的影响，都会对电路产生积极作用和消极作用，任何元件都不是越大越好，或者越小越好，元件在改善电路的一个特性的同时，也会对电路的另一特性产生影响，适合这一情况下的电路的元件的属性才是最好的。