分壓偏置共射極放大電路實(shí)驗(yàn)的問題與改進(jìn)措施探究

萬(wàn) 文，吳 敏

（1.武漢軟件工程職業(yè)學(xué)院，湖北 武漢 430205；2.武漢船舶通信研究所，湖北 武漢 430205）

1 原分壓偏置共射極放大電路原理圖

在模擬電子技術(shù)教學(xué)中，對(duì)于共射極放大電路的講解，大多教材均采用分壓偏置式共射極放大電路[1-2]，如圖1所示。其中，XFG1是信號(hào)發(fā)生器，按照課本的參數(shù)提供頻率為1 kHz、大小為10 mV的正弦交流信號(hào)；XSC1是示波器，示波器的A通道連接電容C3，可檢測(cè)放大電路的輸出波形，示波器的B通道連接信號(hào)源XFG1的輸出端，可檢測(cè)放大電路輸入信號(hào)的輸出波形；電源電壓為12 V，電阻和電容值如圖1所示。

圖1 原分壓偏置共射極放大電路原理圖

2 實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題

2.1 理論波形

根據(jù)分壓偏置電路的電壓放大原理，電路能實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入電壓的反向放大，即輸出端的電壓波形與輸入端的信號(hào)源的波形相比，電壓的絕對(duì)值被放大，相位相差180°[3]，理論波形如圖2所示。圖2中，橫坐標(biāo)表示相位，縱坐標(biāo)表示電壓值，ui表示輸入波形，uo表示輸出波形。

圖2 理論波形

2.2 原參數(shù)仿真波形

參照?qǐng)D1中的參數(shù)，利用multisim軟件對(duì)分壓偏置共射極放大電路進(jìn)行仿真，觀測(cè)到的波形如圖3所示[4-5]。結(jié)合圖1可知，通道A表示輸出信號(hào)的波形，通道B表示輸入信號(hào)的波形，標(biāo)識(shí)如圖3所示?？梢钥闯觯斎腚妷捍笮?.993 mV時(shí)，輸出電壓大小為1.24 V，說明電壓的絕對(duì)值被放大了120倍。但是，仔細(xì)觀察還可看出，輸出和輸入的波形并不是嚴(yán)格反相，而是產(chǎn)生了相移，導(dǎo)致輸入和輸出的相位差小于180°。

圖3 原參數(shù)仿真波形

3 問題分析

講解分壓偏置共射極放大電路原理，分析交流通路計(jì)算電壓增益時(shí)，常借用微變等效電路圖。畫微變等效圖時(shí)，直流電源和電容都作短路處理[6]。經(jīng)過處理后的微變等效電路可以通過所有頻率的交流信號(hào)，即只要參數(shù)設(shè)置合適，信號(hào)源的頻率不會(huì)對(duì)輸出波形產(chǎn)生較大影響。事實(shí)上，分壓偏置共射極放大電路的交流通路是一個(gè)RC通路，并不能將電容一直短路處理。該電路只能對(duì)一定頻帶的輸入信號(hào)進(jìn)行不失真放大，當(dāng)輸入信號(hào)的頻率處于通頻帶之外時(shí)，放大電路的輸出電壓波形將產(chǎn)生相移。

4 改進(jìn)措施

根據(jù)圖1可看出，在交流通路中，3個(gè)電容均與輸入和輸出信號(hào)串聯(lián)。由于電容具有通高頻阻低頻的性質(zhì)，在此種情況下，輸出波形出現(xiàn)相移必然是由于原電路中通頻帶中的下限頻率fL不夠小導(dǎo)致。

下限頻率fL的計(jì)算為：

可以看出，要減小fL，可以通過增大電阻R和增大電容C兩種方式。若增大電阻R，同時(shí)會(huì)改變電路的靜態(tài)工作點(diǎn)，引起截止失真或者飽和失真，所以選擇通過增大電路中電容值的方式解決放大電路的相移問題。

通過不斷調(diào)試，最終將原圖中的電容C2從10 μF改為10 mF，C3從47 μF改為40 mF，通過示波器可以觀測(cè)到完全沒有相移的波形，如圖4所示。

圖4 改變電路參數(shù)后的仿真波形

5 結(jié) 論

通過對(duì)分壓偏置共射極放大電路中原電路參數(shù)的調(diào)整，解決了輸出波形相移的問題，得到輸入輸出完全反相的波形圖，有助于教學(xué)過程中學(xué)生對(duì)共射極放大電路的理解，提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力。