课题二：三极管放大电路的设计与制作
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1. 实验目的：
1). 巩固和加深放大电路的相关概念（静态工作点、输入阻抗、输出阻抗、增益、频率响应、失真等）的理解；
2). 学习和掌握三极管放大电路的设计方法；
3). 了解元器件参数和电路结构对电路性能和参数的决定性作用及影响；
4). 培养电子电路的设计能力和基本应用技能。
2.实验原理及仿真
2.1三极管
三极管，全称应为半导体三极管，也称双极型晶体管、晶体三极管，是一种控制电流的半导体器件其作用是把微弱信号放大成幅度值较大的电信号，也用作无触点开关。晶体三极管，是半导体基本元器件之一，具有电流放大作用，是电子电路的核心元件。三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结，两个PN结把整块半导体分成三部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区，排列方式有PNP和NPN两种。
集电结发射结
集电结发射结
(a) (b)
c
e
c
e
(c) (d)
图1两种类型三极管的结构示意图及电路符号
(a)NPN型结构示意图 (b) PNP型结构示意图
(c) NPN管的电路符号 (d) PNP管的电路符号
2.2放大原理
1、发射区向基区发射电子
电源Ub经过电阻Rb加在发射结上，发射结正偏，发射区的多数载流子(自由电子）不断地越过发射结进入基区，形成发射极电流Ie。同时基区多数载流子也向发射区扩散，但由于多数载流子浓度远低于发射区载流子浓度，可以不考虑这个电流，因此可以认为发射结主要是电子流。
2、基区中电子的扩散与复合
电子进入基区后，先在靠近发射结的附近密集，渐渐形成电子浓度差，在浓度差的作用下，促使电子流在基区中向集电结扩散，被集电结电场拉入集电区形成集电极电流Ic。也有很小一部分电子（因为基区很薄）与基区的空穴复合，扩散的电子流与复合电子流之比例决定了三极管的放大能力。
3、集电区收集电子
由于集电结外加反向电压很大，这个反向电压产生的电场力将阻止集电区电子向基区扩散，同时将扩散到集电结附近的电子拉入集电区从而形成集电极主电流Icn。另外集电区的少数载流子（空穴）也会产生漂移运动，流向基区形成反向饱和电流，用Icbo来表示，其数值很小，但对温度却异常敏感。
2.3三极管工作状态
截止状态：当加在三极管发射结的电压小于PN结的导通电压，基极电流为零，集电极电流和发射极电流都为零，三极管这时失去了电流放大作用，集电极和发射极之间相当于开关的断开状态，我们称三极管处于截止状态。
放大状态：当加在三极管发射结的电压大于PN结的导通电压，并处于某一恰当的值时，三极管的发射结正向偏置，集电结反向偏置，这时基极电流对集电极电流起着控制作用，使三极管具有电流放大作用，其电流放大倍数β=ΔIc/ΔIb，这时三极管处放大状态。
饱和导通状态：当加在三极管发射结的电压大于PN结的导通电压，并当基极电流增大到一定程度时，集电极电流不再随着基极电流的增大而增大，而是处
于某一定值附近不怎么变化，这时三极管失去电流放大作用，集电极与发射极之间的电压很小，集电极和发射极之间相当于开关的导通状态。三极管的这种状态我们称之为饱和导通状态。
2.4三种放大电路 2.4.1共基极放大电路
图2共基极放大电路原理图
主要应用在高频放大或振荡电路，其低输入阻抗及高输出阻抗的特性也可作为阻抗匹配用，电路特性可归纳为：输入端（EB ）为正向偏压，因此输入阻抗低；输出端（CB ）为反向偏压，因此输出阻抗高。
be
L
i o v R v v A r '==β
由上式可知，只要电路参数选择适当，共基极放大电路也具有电压放大作用，
而且输出电压和输入电压相位相同。
2.4.2共发射极放大电路
图3共发射极放大电路原理图
具有电压与电流放大增益，所以广泛应用在放大器电路。
be
L
v r R A '-=
β
由上式可知，共射极放大电路具有电压放大的作用，而且输出电压和输入电压相位相反。
2.4.3共集电极放大电路
图4共集电极放大电路原理图
L
be L
v R r R A '++'+=
)1()1(ββ
由上式可知，共集电极放大电路的电压增益Av<1，没有电压放大作用，输
出电压和输入电压的相位相同。
2.4.4三种电压放大电路的比较
表一
共射极放大电路的电压和电流的增益都大于1；
共集电极放大电路只有电流放大作用，没有电压放大，有电压跟随作用； 共基极放大电路只有电压放大作用，没有电流放大，有电流跟随作用。 2.5仿真
对比三种电压放大电路，本设计选择用基极分压式射极偏置电路，为提高静态工作点的稳定性，在发射极串入电阻Re ，但是电压增益也会随之下降，Re 越
大，Av下降越多，为了解决这个矛盾，在Re两端并联一只大容量的电容C2（发射极旁路电容），它对一定频率范围内的交流信号可视为短路，因此对交流信号而言，发射极和地直接相连，电压增益不会下降。
参考模电书本电路模型，结合课题具体实验要求，利用protues搭建电路模型。
元件选型：R1=100Ω，R2=30KΩ，R3=51KΩ，R4=3KΩ, R5=3KΩ，R6=1.5K Ω。直流电压B1为±12V，经理论计算得出，输入电阻R i=10.31KΩ，输出电阻R o=3KΩ，放大倍数A V=13.26。
图5 基极分压式射极偏置电路图
仿真结果表明输出电压U0=255mv，输入U i=20mv，放大倍数A v=12.75，与理论结果稍有偏差。下降3db时，带宽为548KHz
