基于Multisim 的三極管共射極放大電路分析
2021-01-20 08:48:08鐘俊，劉輝，劉恒
普洱學院學報 2020年6期
鐘 俊，劉 輝，劉 恒
安徽職業技術學院 機電工程學院，安徽 合肥 230011
1 NPN 和PNP 晶體三極管
三極管是線路中的核心元件，其基本作用是放大或開關作用。在模電電路中常利用它的放大作用，構成各種放大器及各種波形產生、變化和信號處理電路；在數字電路中利用它的開關控制作用，構成各種邏輯門電路。三極管包含放大區、飽和區、截止區這三個工作區，針對它的輸入輸出特性曲線的研究具有十分重要的意義。為了能使電路能夠穩定地放大信號，需要在放大區選取適當的靜態工作點Q，以便將其輸入信號能夠進行不失真的放大輸出，并且三極管在不同的信號頻率作用下，其具有不同的輸出響應特點。比如在頻率較高的情況下，主要研究三極管在飽和區、截止區的相應輸入輸出特點。三極管又叫雙極型晶體管，它包含三個電極，依次是基極、發射極、集電極。以三極管NPN 為例，在純凈的硅晶片上加入雜質等工藝，在三極管的內部生成兩個彼此相鄰的PN 結，在兩個PN 結上加以不同的電壓偏置，就可以調節兩個PN 結的導通與截止，從而實現電流電壓的放大調節作用。根據材料的不一樣，晶體三極管可以分為鍺管和硅管，相應的PN 結導通電壓分別是0.7V 和0.2V。根據PN 結的不同組合方式可以具體分為NPN 和PNP管。根據使用頻率的不同，又可以分為低頻和高頻管，三極管根據材料的位置布局不同，可以分為基區、集電區、發射區。在基區和發射區之間的部位稱為發射結，集電區和基區之間的部位稱為集電結。
圖1 為NPN 和PNP 晶體三極管的結構示意圖。在發射極使用不同的箭頭表示NPN 晶體三極管和PNP 晶體三極管的結果，主要區別在于發射極使用的箭頭方向不一樣。由于基區很薄、發射區摻雜濃度較高、集電區空間很大濃度較低等特點，使得晶體三極管具有電流電壓的放大作用。
圖1 NPN 和PNP 晶體三極管
2 NPN 共射極放大電路
2.1 電路組成
該電路如圖2 所示，由交流電源，15V 的直流電源，電容，電阻型三極管2N22222A 構成。圖中交流電源提供輸入信號，直流電源提供放大能量，電容隔直通交，電阻起到限流的作用。為示波器，端口測輸入的波形，端口測輸出的波形，二者均為交流信號。
圖2 共射極放大電路
2.2 工作狀態分析
放大電路的工作狀態由三極管的狀態決定，三極管有三種工作狀態：截止狀態（發射結截止），放大狀態（發射結正偏、集電極反偏，對應圖1 中，飽和狀態（發射結正偏、集電極正偏，
圖3 直流工作點數據
圖4 放大狀態輸入輸出波形
2.3 參數分析
2.3.1 電源頻率f 對輸出的影響
圖5 幅頻特性、相頻特性曲線
表1 不同頻率的電壓值
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通過表1 的相關測量數據，可以看出，此共射極放大電路具有帶通的特性，當頻率過低或者過高的時候，雖然整個電路都處于放大狀態，但是輸出電壓極小，電路已經失去了放大作用。
表2 不同電阻R2 的電壓值
