BJT三極管基礎放大功能的測試

胡 輝

（湖南工業大學 交通工程學院，湖南 株洲 412007）

0 引言

隨著基礎工業的發展，對于應用BJT放大時的精度要求越來越高。一個良好的、高精度的放大電路可以很好地保留原來信號的特性，降低工作時不必要的功耗。雖然場效應管技術憑借更低的功耗，在數字集成電路中逐漸成為主流，雙極性晶體管在集成電路中使用由此逐漸減少。然而，應當看到，即使在現在的集成電路中，雙極性三極管仍然是一種重要的器件，市場上仍然存在大量相關器件。如何能夠得到一個精度相對較高的放大波形，無疑是放大電路應用中不可忽視的一個問題[1-2]。

1 測試電路的設計

對BJT放大功能的測試電路采用Multisim14.2進行軟件仿真[3-4]，通過軟件可以改變電阻參數，模擬實際放大時可能會出現的失真，而后可以對出現失真時電路的參數關系進行記錄，從而盡量避免在應用中選擇電阻時可能導致的輸出信號失真。測試電路采用阻容耦合的方式進行連接，以排除信號和負載對于靜態點的干擾。電路整體由兩級用于放大的共射極放大電路[5]和一級提高帶負載能力的共集電極放大電路組成[6]，通過多級放大電路實現在輸入信號的基礎上放大100倍以上的有效輸出波形。

1.1 對測試電路的元件選擇進行分析

在電子技術發展的過程中，涌現出了非常多不同型號的三極管，它們被應用在各個領域，促進了各個行業的發展，在一定程度上改變了人們的日常生活。本次測試選取2N系列的NPN型BJT三極管，具體型號為2N2222。對于一個三極管，將其用于設計放大電路之前首先應該確定的是一個合適的靜態工作點，并盡量避免電路中的其他元件以及電路中的輸入信號對靜態點可能造成的影響。在給定15 V的直流供電電源時，用于放大的共射極電路采取基極分壓式射極偏置，為了使靜態工作點取在一個合適的位置，需要將VCEQ的電壓控制在約7.5 V，通過理論計算與仿真測試，基極兩電阻的比值約為3∶1時，可以達到一個較為良好的放大效果。具體電路如圖1所示。

圖1 正常放大電路

1.2 失真測試的方案設計

在應用BJT進行信號放大的過程中，由于電阻元件不恰當的取值等原因會使得輸出的波形出現各種各樣的失真。本次測試通過對相應電阻元件進行調整，模擬出現失真時的波形，從而得出正常放大所需要考慮的一些電阻元件的取值問題。本次測試的輸入波形采用信號發生器輸出的1 khz， 10 mv的正弦波，通過雙通道示波器對輸入、輸出波形進行采樣對比，得到相關結論。

2 測試的流程及相關波形

當人們在用三極管對信號進行放大時，目的是對輸入信號一定比例的放大，如果不能按照比例放大，放大后的輸出信號與原來的輸入信號相比就出現了失真。本次測試通過仿真軟件依次對頂部失真、底部失真、雙向失真進行模擬[7]，每次失真模擬都是在正常放大的基礎上對電阻參數進行調整，得到所需的失真輸出波形。

頂部失真是由于靜態工作點取在一個工作區內相對較低的位置，即VCEQ過高，此時三極管工作點在截止區附近，那么就會出現有一部分輸入信號正半軸的波形無法正常地通過三極管進行放大。本次測試通過增大基極的兩個穩壓電阻的比例來模擬此類失真。波形如圖2所示。

圖2 頂部失真

底部失真是由于靜態工作點取在一個工作區內相對較高的位置，即VCEQ的值偏小，此時三極管工作點在接近飽和區的位置，從而導致輸入信號的負半軸波形有一部分無法正常的通過三極管進行放大，本次測試通過減小基極穩壓電阻的電阻比例來模擬出此類失真。波形如圖3所示。

圖3 底部失真

雙向失真的出現與前兩種失真出現的原因不相同，這種失真的出現更多是因為所取增益過大，使三極管在合適的靜態工作點，也會在兩端同時出現波形無法正常顯示的情況。在用三極管放大的過程中，有時因為沒能考慮三極管本身的特性對放大電路增益選取一個合理的值，就會出現此類失真。本次測試通過改變集電極與發射極電阻，增大電壓增益模擬此類失真。波形如圖4所示。

圖4 雙向失真

3 結論

隨著信息時代的發展，三極管放大電路在各個領域的應用也越來越廣泛。由多級放大電路構成的實際電路對輸入的信號有著更好、更穩定的放大作用，但是在構成電路時，應該著重考慮元件參數對波形輸出的影響。本次基本放大功能的測試，對BJT可能出現的失真進行了理論說明，通過模擬得出了失真產生時的參數條件。在應用BJT進行放大的過程中，為了避免失真，需要對能夠影響到靜態工作點的電阻的選取事先進行近似計算，讓靜態點能夠位于一個合適的位置；對放大的電路的增益也需要控制在一個合理的范圍。