BJT放大器:通用发射器和直流分析

2022年3月17日

Cadence PCB解决方案

三个功率晶体管在白色背景上排成一排

如果我们问大多数人基底膜的用途，我们得到的答案可能从保护船体不漏水到夜空中奇怪的灯光。说真的，基底膜——与耳蜗和微小的毛细胞合作——让我们所有人——以及我们所有的脊椎动物同伴——听到或感知声音。

基底膜一端坚硬而狭窄，另一端宽大而灵活，受到正弦波的刺激。每个波从坚硬、狭窄的一端传播到较宽、灵活的一端，振幅增大，然后振幅减小。随着振动频率的变化，高频在窄端附近产生峰值，低频在宽端附近产生峰值。

我们有自己的放大器

基底膜作为频率分析仪和频率调谐延迟线，耳蜗机械地放大膜的运动。放大发生在耳蜗通过将能量转移到来自外部源的信号上来放大信号的时候。

放大是电子电路设计的基本组成部分。回到基底膜和耳蜗，我们看到一个非线性放大器，因为与声压水平相比，运动的幅度不是成比例的。我们的听觉系统产生的非线性放大使我们在听低频和高频时具有所需的灵敏度。

线性放大器产生放大的输出信号它与输入信号的形状完全相同。小信号放大器——如双极结晶体管(BJT)作为线性放大器工作。

什么是双极结晶体管，它做什么?

双极结晶体管——将三层p型和n型连接在一起，构成pnp或npn晶体管。更进一步，一个npn晶体管有两个pn结背靠背地放置。晶体管的一个n区(n+)比另一个n区接受更重的载流子掺杂，并充当晶体管的发射极。p型材料(p) l的中间狭窄部分形成了晶体管的基极，而另一个掺杂较少的n区域(n)形成了晶体管的集电极。

BJT的构造将我们带回到pn二极管，npn晶体管的基极-发射极结作为正向偏置二极管工作。电子从重掺杂的n+材料流向p型材料，空穴从p型材料移动到n+区域。一旦电子到达狭窄的基极区域，反偏置的基极-集电极结允许集电极从发射极收集电子。然后，从集电极流向发射极的电流比从外部电路流向底座的电流大。

向底座注入少量电流会导致大量电流流入集电极。因此，小的基极电流控制大得多的集电极电流。我们把双极结晶体管称为小信号放大器，因为设备需要一个小的偏置电压来建立q点或工作点。没有偏置电压，晶体管不能增加交流信号的幅度。

黑色背景上的功率晶体管

在你的设计中使用晶体管意味着对电压和电流的要求。

q点表示在指定的晶体管终端上，没有施加信号的稳态直流电压或电流。电流和电压的变化发生在q点附近，以响应一个小的交流输入信号电压。有了这些，晶体管就成了电流控制的电流源。

我们有共同之处

我们可以使用三种不同的配置来实现双极结晶体管的放大。虽然共发射极配置使用发射极作为交流信号的公共终端，但共收集器-或发射极跟随器-放大器通过耦合电容器将输入应用到基极，并在发射极处输出。共基放大器使用该基作为交流信号的公共端子，并将输入信号电容耦合到发射器。所述共基输出电容性地从收集器耦合到负载电阻。

共发射极放大器提供高电压增益和高电流增益。在所有放大器中，电压增益(AV)等于输出电压除以输入电压，或:

一个V= V出/ V在

对于共发射极放大器，交流电压增益等于集电极处的交流输出电压除以基极处的交流输入电压。

我们测量电流增益(A_我)作为集电极(I_C)除以总信号电流(IS)或:

一个我=我C/我年代

总信号电流是源产生的电流。反过来，基极电流和流经偏置电路的部分偏置电流构成总信号电流。