我们这里学习晶体管电路设计，会从晶体管到场效应管直到复杂的运放器件，主要是进行体系化的深入学习，只是一个学习和记录的过程。
放大电路的作用是将小信号放大为大信号。例如,将0.1V的信号提高为1V
信号----即是放大。
1.首先,用晶体管组成一般的放大电路,并用示波器对各部分的工作波形进行观察。图2.1是进行实验的电路。看一下晶体管就知道,晶体管有三个端子,分别是基极、发射极和集电极。在图.2.1的电路中,基极为输人,集电极为输出,发射极为公用(地)端。因此,称图2.1的电路为共发射极放大电路(CommonEmitter Am-plifier)。作为信号放大用IC的有名的OP放大器,在其内部起放大作用的部分电路当中,使用的就是共发射极放大电路。
在该电路中，当输入信号是由实验用的正弦波发生器产生的1kHz、1V的正弦波信号时,其输入输出波形如照片2.2所示。输人信号ui为1V。,输出信号uo的振幅(波形上下之间的值)为5V，这个电路的电压放大倍数A.为5。如果用对数来表示，则为20lg5≈14dB。
仔细对波形进行观察可知,输出波形的相位相对于输人波形有180°的改变(波形反转)。
2.基极偏置电压
照片2.3是输入信号u与晶体管基极电位u的波形。v的振幅和相位完全与相同,”的波形是在交流成分上叠加约2.6V(在照片中为2.62V)的直流电压的波形。该直流电压称为基极偏置电压,产生偏置电压的电路(在该电路中,为R1与R2)称为偏置电路。所谓偏置(bias)是“偏离”的意思,在图2.1的电路中,将基极电位偏离了直流2.6V,故有这样的称呼。
位于输入端的电容C1是切去基极偏置电压(直流)仅让加在输入端的交流成分通过的电容。由于它使输人信号与电路或者电路与电路相耦合,所以称为耦合电容。
3.基级与发射级之间的电压0.6V.
照片2.4为基极电位v与发射极电位的波形。在交流上,与v的振幅与相位是完全相同的波形。如照片2.3所示,与u在交流上是相同的波形，所以发射极电位成为与输入信号完全相同的波形。
因此,当在晶体管的基极上加上信号时,即使从发射极将信号取出,也完全没有电压放大作用(电压放大倍数为1)。
再来注意照片2.4中的直流电位。u是在十2.6V的直流上叠加1kHz的交流信号,但是,”是在约比它低0.6V(在照片中为0.62V)即十2V上叠加同样的交流信号。
4.集电极输出的波形
照片2.5是发射极电位ve与集电极电位vc的波形。至今所见到的波形vb与ve是与输入信号vi相同的波形,不进行电压的放大。但是,如照片2.5所示,在集电极呈现出被放大了的波形(相位与相反)。
相对于发射极电阻Re,如照片2.4所示,Ve振幅为2V士0.5V,所以晶体管的发射极电流i(=在Re上流动的电流)是以1mA为中心,作士0.25mA的变化[(2V士0.5V)/2kΩ=1mA±0.25mA]。在晶体管的各端子流动的电流有如图2.4所示的关系。但是与集电极电流ie相比,则Ib是非常小的值,可以忽略不计,则ie=ib。
5.求各部分的直流电位
首先,在图2.1所示的电路中,基极的直流电位V(为”的直流部分,或者没有输人信号时的基极电位)是用R1和R2对电源电压Vcc进行分压后的电位(参见照片2.3),所以,流进晶体管的基极电流的直流成分是很小的,可以忽略,则
VB=R2/(R1+R2)VCC
发射极的直流电位V(u的直流成分),如照片2.4所示,仅比V低于基极发射极间的电压V,如设V=0.6V,则Ve为:Ve=Vb-0.6 (V)
发射极上流动的直流电流Ie(ie的直流成分)为: ie=ve/re=（vb-0.6）/re
集电极的直流电压Vc(u的直流成分)为电源电压减去Rc的压降而算得的值,所以 Vc为:Vc=Vc-Ic·Rc (V)
在式中,基极电流为很小的值,所以可忽略,则Ic=。所以式(2.4)成为
Ve=Vcc-Ie・Re
以上求得的各部分的直流电位表示在图2.6中。
6.求各部分的交流电位
接着求一下图2.1所示电路的交流放大倍数(交流增益)。由于晶体管的基极-发射极间存在的二极管是在导通情况下使用的(交流电阻为0),所以基极端子的交流电位(=v)直接地出现在发射极,因此,由交流输人电压引起的i.的交流变化部分i为:△ie=vi/RE
另外,令集电极电流的交流变化部分为△ic,则v的交流变化部分△vc为:
△vc=VI/ReRC
另一方面,因用G将u的直流成分截去,故交流输出信号VO即为△vC的本身: VO=△VC=VI/RE*RC
因此,该电路的交流电压放大倍数A，由式可得
AV=VO/VI=RC/RE
如上式所示,放大倍数A,与晶体管的直流电流放大系数he无关,而是由Rc与R:之比来决定的(因为认为基极电流为0,所以与h无关,然而,严格来说是有关系的)。
另外,R的值增大,则放大倍数A、减小,所以可以认为该电路由R加了负反馈。为此,称Re为发射极反馈电阻。由于负反馈,R有抑制因hr的分散性和Ve的温度变化而产生的发射极电流变化的作用。
这样一来,晶体管的信号放大电路也不是那样的难理解,这是因为几乎只由两个电阻R:与R。之比就能决定放大倍数的缘故。将图2.1电路的交流放大倍数的求法总结在图2.7中。
7.放大电路的输入阻抗
图2.14表示测量输人阻抗Z的方法。它是在信号源上连接串联电阻RS、由串联电阻两端的振幅u与u之差来求输入阻抗的方法。该测量的考虑方法认为，加在电路上的输入电压U是信号电压用R与%进行分压后的值照片2.7表示设v=1V。(1kHZ),R=18k时的波形。u为0.5V。(v.的1/2),所以知道Z值与R、相等,即Z=18kΩ。
这个值是偏置电路的R与R的并联连接值R1//R2(100k/22k)的本
身值。
8.放大电路的输出阻抗
图2.15表示测量输出阻抗的方法。它是在输出端接上负载电阻R来测量输出振幅v。,然后与无负载(R≈∞)时的输出振幅做比较来求输出阻抗的方法。这是因为v。为无负载时的输出振幅用Z。与RL进行分压之后的值。
照片2.8表示出设u=1V,(1kHz)、R,=10kΩ时的输出波形。在无负载时，如照片2.2所示,AV=5,u=5V。但是RL=10kΩ时,VO2.5V(为无负载时的1/2)。因此,Z。值与RL相等,即知道为Z。=10k0。这个值为集电极电阻RC本身的值。
如图2.16所示,如改变对晶体管的看法,则可以认为是由输入信号控制的电流源。因此,由输出端看到的该电路的阻抗为Rc与电流源并联连接的值(电源的阻抗是0与GND相同)。
然而,所谓电流源,是指即使负载变化,其电流也是不改变的。可以认为内部阻抗是无限大。所以,由输出端看到的阻抗(即输出阻抗)为Rc本身。
9.两相信号发生电路
图2.30是两相信号发生电路,该电路是利用了“共发射极放大电路的输出信号相位旋转180°”和“在晶体管的发射极,输入信号是直接出现”的两个性质,将信号从集电极和发射极取出,从而产生相位偏离180°的两个信号的电路。
该电路可用在产生驱动平衡传输线路信号的电路中。所谓平衡传输是如图2.31所示,将相位偏离180°的信号,用三芯电缆进行传输(其中一根为GND)，在接收方,接收两个信号之差。由此,交流声和脉冲状噪声等在两根信号线上同时搭载,在接收一方能够抵消。因此,在长距离传输和噪声大的情况下,就能发挥它的作用。
但是,因图2.30电路的反相输出的阻抗高(为Rc本身),所以不能直接用该电路的输出来驱动电缆。通常在其后接上将在第5章所述的射极跟随器,使电路的输出阻抗下降后再使用。
另一方面,正相输出的输出阻抗是低的,所以能直接驱动电缆(关于从发射极取出信号时的输出阻抗,将在第3章介绍)。
在图2.30的电路中,由于是将集电极电阻与发射极电阻取同一值,所以由集电极取出的反相输出的增益为0dB,与由发射极取出的正相输出信号的大小相一致(在发射极出现的信号大小与输入信号相同,就称增益为0dB)。
在设计该电路时,要注意的是基极偏置电压的设定。当基极电位过于接近电源电压时,反相输出的最大电压变小;当基极电位过于接近GND时,正相输出的最大电压也变小。
无论什么样的晶体管在电路中都可以使用。由于电压增益为0V,h也不成为问题。
这一节就简单的学习到这里，后面继续。
