理论教育 晶体管放大类型解析:从输入特性图看划分

晶体管放大类型解析:从输入特性图看划分

时间:2023-06-24 理论教育 版权反馈
【摘要】:利用晶体管输入、输出特性曲线说明电路状态的方法称为图解法。图解法可直观说明晶体管发射结的各种加电状态及不同工作类型,有助于读者对晶体管电路的理解。所以,发射结电流波形与输入电压波形的对应关系是由发射结的初始电压决定的,晶体管的放大类型是由输入状态决定的。甲类放大是所有单管模拟放大器的共用类型。

晶体管放大类型解析:从输入特性图看划分

利用晶体管输入、输出特性曲线说明电路状态的方法称为图解法。图解法可直观说明晶体管发射结的各种加电状态及不同工作类型,有助于读者对晶体管电路的理解。晶体管的输入、输出特性曲线可利用实际电路进行逐点测试描画,也可借助于晶体管特性图示仪的测试显示。

晶体管是电流放大器件,其本质是发射结正向电流对集电结电流的控制。加在发射结的信号可以是直流、交流或交直流叠加电流,但形成的正向电流波形却不同。所以,发射结电流波形与输入电压波形的对应关系是由发射结的初始电压决定的,晶体管的放大类型是由输入状态决定的。

放大交流信号是模拟放大电路的主体任务,给基极—发射极预置直流初始电压(UBEQ)称作设置直流工作点,又叫直流偏置(简称偏置)。加正向直流叫正偏置(简称正偏),加反向直流叫反偏置(简称反偏)。

1.丙类放大

工作点低于死区电压(以NPN型硅晶体管为例,UBEQ<0.5V),晶体管导通放大时间小于输入正弦交流信号的半周期,称为丙类放大。最典型的丙类放大是UBEQ=0时的无偏置(或0偏置)状态(UBEQ<0V称为反偏置),电路结构如图3-1所示。

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图3-1 无偏置交流放大电路结构示意

基极输入的正弦波电压以直流0V为基点,输入电压与基极电流波形的对应关系如图3-2所示。

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图3-2 丙类放大的输入电压、电流波形

低于死区电压0.5V的部分图3-2中的小幅度波形根本不能形成基极输入电流,也就不能有放大电流输出,能被放大的只是正半周峰端的局部。

无直流偏置电路的输出电流完全是由交流激励形成,电源提供的能量除元器件的电阻生热和电磁辐射消耗外,剩余全部转换为交流信号输出,电路的效率最高,但不能对正弦波作全周期放大,只适于做脉冲放大和开关。

2.乙类放大

晶体管导通放大时间等于输入正弦交流信号的半周期,称为乙类放大。把直流工作点设在死区电压(0.5V)就是乙类放大状态,晶体管基极的电压、电流波形如图3-3a所示,电路结构如图3-3b所示。

图3-3a说明乙类放大电路有明显改进,但也只能放大半周信号,而且在这半周波形的始末两端仍有严重变形失真。(www.daowen.com)

3.甲类放大

晶体管导通放大时间等于输入信号全周期时,能对正弦交流信号作全波放大,称为甲类放大。把晶体管基极的直流偏置电压取在可使用线性区(为0.6~0.8V)的中点附近(UBEQ≈0.7V),就可构成甲类放大状态,晶体管基极电压、电流对应波形如图3-4所示。

甲类放大是所有单管模拟放大器的共用类型。需要注意的是,UBE在0.8V左右时管子已接近饱和状态,而在0.5~0.6V之间则是PN结正向伏安特性曲线的明显弯曲部分。因此,晶体管基极输入的可用范围不足200mV,输入交流信号的电压峰值(示波器检测)需小于100mV(折合为有效值应小于70mV)。这个限制适用于各类单管模拟放大器,输入信号幅度越小,放大输出信号的失真越小。

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图3-3 乙类放大电路的输入电压、电流波形及电路结构示意

由于指针式万用表不适于检测微弱的交流信号,检测晶体管模拟放大器的交流输入(有效值)可用数字万用表。

4.甲乙类放大(乙类放大的改进)

直流偏置选在线性区起点附近(UBEQ≥0.6V),如图3-5所示,使晶体管导通放大时间大于输入信号的半周期(但在负半周中段不导通),可获得半周期的不失真放大,称为甲乙类放大。

显然,使用甲乙类放大全周期正弦波信号需用两个晶体管配合,就可实现高效率的全波形放大,是功率放大器所用的偏置方式。

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图3-4 单管甲类放大的电压、电流波形

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图3-5 甲乙类放大电路的输入电压、电流波形

上述4种放大状态的名称通常只对功率放大电路使用,小信号模拟放大器都按甲类放大设置工作点,但不称作“甲类放大”。

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