晶体管作为放大器

放大器是什么

放大是通过增加给定信号的振幅而不改变其特性来增加信号强度的过程。输入信号可以是电流信号、电压信号或功率信号;放大器将信号放大而不改变其特性。放大器的应用范围广泛，主要应用于通信、控制器、音频和视频仪器等领域。

使用晶体管作为放大器:

晶体管可作为两种类型使用

• 开关
• 放大器

在这里我们将集中讨论晶体管是如何用作放大器的。晶体管将在饱和区完全打开，在截止区完全关闭。如果晶体管想要作为放大器工作，我们应该使晶体管工作在饱和区和截止区之间的有源区域。我们将在后面的会议中更多地讨论这个话题。

晶体管可作为放大器在以下三种配置。

1. 公共基地配置(CB):在CB配置中，我们将晶体管的基地连接到地，它有非常低的输入阻抗，这将提供非常低的输出阻抗与非常低的放大。这种配置的增益将非常低。
2. 公共集电极配置(CC):在这种配置中，集电极连接到地，我们有低输出阻抗高输入阻抗，这种配置的增益非常好，相比于CB配置。
3. 共同发射极配置(CE):在这种配置发射极接地，我们将有输入阻抗将高，输出阻抗将中等增益将高。

请注意:由于CE具有高增益和高输入阻抗，因此大多数放大电路采用CE配置。

选择放大器的参数:

在选择晶体管放大器之前，我们需要考虑以下规格。规格包括输入阻抗、效率、带宽、增益、转换速率、线性度、稳定性等。

输入阻抗:电压源连接到阻抗，连接到输入端，称为输入阻抗。在晶体管放大器中，输入阻抗应该很高，因为它会停止电路的负载。例如，如果我们给10V信号与1k欧姆源阻抗的1M输入欧姆连接到晶体管或其他电子外设的输入，那么输入阻抗将是

• 输入阻抗= 10V *(1M/1M+1k) = 9.9V
• 如果我们降低阻抗到10K = 10V*(10K/10K+1K) = 9.09V
• 如果我们将阻抗降低到5K = 10V*(1K/1K+1K) = 5V

因此从上面的电路，如果降低输入阻抗，电压也会降低，电路的增益也会降低。输入阻抗应比源阻抗高10倍，以达到良好的放大效果。

效率效率不是别的，而是有多少输入功率被有效地用来得到放大器的输出。换句话说，效率就是功率源消耗了多少功率以及放大器有效地使用了多少功率来获得输出。

效率(ζ) = (Pout/Ps)*100

式中Pout为输出功率，Ps为电源输出功率。

带宽:放大器能很好放大信号的频率范围称为放大器的带宽。频率的带宽是根据信号的半功率点来计算的，即输出功率变为频率与输出图中峰值输出功率的一半的点。

获得放大器的增益是通过计算输出功率与输入功率的比值来测量的。通常增益是以分贝计算的。放大器的增益可以用电压来计算，也可以用电流来计算。

• 增益功率G = 10 log (Pout/Pin)
• 电压增益G = 20 log (Vout/Vin)
• 当前增益G= 20 log (Iout/Iin)

高增益电路具有较高的灵敏度，即使输入很小，也能提供良好的输出。

稳定性:放大器避免自振荡的能力。由于这些振荡，信号可能会重叠或掩盖有用的信号。通过在输出端增加区域网络，产生负反馈，可以达到稳定的目的。

倾斜率:偏置速率定义为放大器输出响应输入信号的速率。如果转换速率高，我们可以说放大器是快速的。转换速率用V/µs表示，公式为SR=(dVo/dt)。

线性:如果放大器的输入增加，放大器的输出也应该线性增加，这种效应称为线性。理想放大器100%达到这种效果，实际应用中，放大器的输入达到一定限度后会产生线性输出，之后如果增加输入频率，信号的内部寄生电容会降低输出增益。这种非线性可以通过负反馈减小。

噪声:噪声是指由于元件接口、外界干扰、元件故障、同一电路中相同频率的信号等引起的信号中不需要的频率。

现在我们将集中讨论晶体管如何工作在有源区域和共发射极RC耦合放大器。

晶体管:

晶体管是一种电子器件，主要用于开关和放大。晶体管有两种类型:PNP和NPN, PNP中空穴是多数载流子，NPN中电子是少数载流子。NPN晶体管比PNP晶体管快，因为电子的迁移率比空穴快。

我们都知道晶体管在三个区域工作

1. 截止地区:在截止区晶体管闭合，在饱和区晶体管闭合。该区域主要用于切换条件。
2. 活跃的地区:在有源区域晶体管将是开的。集电极到发射极的电压(Vce)将处于截止和饱和区域之间。晶体管可以放大基极电压给集电极的微小变化。晶体管只需要0.7V就可以完全工作在饱和模式下。
   • 0.2
3. 饱和区域:在有源区域，集电极电流(Ic)与基极电流(Ib)通过一个称为β的常数乘法器成比例，如果我们将上述句子表示在方程中，即Ic= βIb。这样就可以方便地将晶体管用作有源区线性放大器。

阅读文章:晶体管基本知识了解更多关于晶体管的知识

共发射极RC耦合放大器:共发射极RC耦合放大器是一种基本而简单的放大器。RC耦合放大器电路如下图所示。

电容器C1是一个滤波器，用于阻挡直流电压，只允许晶体管电压的变化。电阻R1, R2作为偏置网络，使晶体管保持在有源区域。如果我们不使用偏置，电容器的电压直接给晶体管。我们都知道晶体管在0.7伏特时可以工作。通常我们会给晶体管更多的电压(> 0.7v)，这个电压晶体管将很容易进入饱和模式，并作为一个闭环电路。适当的偏置网络将使晶体管保持在有源区域。

电阻R3和R4用于降低Vcc的电压。R3是集电极电阻，R4是发射极电阻，选择的方式都应该降低Vcc电压的50%。R3应该会下降40%左右，剩下的10%会被R4减少。电容c2和R4产生负反馈，使电路稳定。

RC耦合放大器的设计:

单级RC耦合放大器的设计如下图所示。

集电极电流的标称阀值Ic和hfe可以从晶体管的数据表中得到。

Re和Ce的设计:

• 让电压穿过Re: V再保险v = 10%cc .............(1）
• 电压Rc: V钢筋混凝土V = 40%cc . ............．...(2）

剩下的50%将通过收集器-发射器掉落。

由(1)和(2)Rc= 0.4 (Vcc/我c)， Re = 01(Vcc/我c）.

R1和R2的设计:

基极电流我b=我c/hfe。
让我c≈我e．
让电流通过R1;我R1= 10我b。
R2上的电压也是VR2一定等于V是+ V再保险。从这个VR2可以找到。
因此VR1= Vcc- vR2。由于VR1、VR2和IR1存在，我们可以用以下公式求出R1和R2。
R1 = VR1/我R1和R2 = VR2/我R1。

发现Ce:发射极旁路电容器的阻抗应为稀土的十分之一。

即XCe = 1/10 (Re)

还XCeF = 1/2∏Ce

F可选100Hz。从中可以找到Ce。

发现Cin：输入电容阻抗(C在)应该是晶体管输入阻抗(R在）.

即X。Cin= 1/10(右在）

Rin = R1并联R2并联(1 + (hfere))

再保险= 25 mv /我e。

Xcin = 1/2∏FCin。

从这个C在可以找到。

发现Cout:输出电容阻抗(C出)必须是电路输出电阻(R出）.

也就是说,我出= 1/10(右出）.

R出= Rc。

XCout =1 / 2∏FC出去了。

从这个Cout可以找到。

将获得:在晶体管的集电极和地端引入一个合适的负载电阻RL将会设置增益。

电压增益的表达式(Av)的共发射极晶体管放大器如下所示。

一个v= (钢筋混凝土/再保险）

再保险= 25 mv /我e

而且钢筋混凝土= Rc平行RL

从中可以找到RL。