基于Multisim 的三极管共射极放大电路分析
2021-01-20钟俊，刘辉，刘恒
钟 俊，刘 辉，刘 恒
安徽职业技术学院 机电工程学院，安徽 合肥 230011
1 NPN 和PNP 晶体三极管
三极管是线路中的核心元件，其基本作用是放大或开关作用。在模电电路中常利用它的放大作用，构成各种放大器及各种波形产生、变化和信号处理电路；在数字电路中利用它的开关控制作用，构成各种逻辑门电路。三极管包含放大区、饱和区、截止区这三个工作区，针对它的输入输出特性曲线的研究具有十分重要的意义。为了能使电路能够稳定地放大信号，需要在放大区选取适当的静态工作点Q，以便将其输入信号能够进行不失真的放大输出，并且三极管在不同的信号频率作用下，其具有不同的输出响应特点。比如在频率较高的情况下，主要研究三极管在饱和区、截止区的相应输入输出特点。三极管又叫双极型晶体管，它包含三个电极，依次是基极、发射极、集电极。以三极管NPN 为例，在纯净的硅晶片上加入杂质等工艺，在三极管的内部生成两个彼此相邻的PN 结，在两个PN 结上加以不同的电压偏置，就可以调节两个PN 结的导通与截止，从而实现电流电压的放大调节作用。根据材料的不一样，晶体三极管可以分为锗管和硅管，相应的PN 结导通电压分别是0.7V 和0.2V。根据PN 结的不同组合方式可以具体分为NPN 和PNP管。根据使用频率的不同，又可以分为低频和高频管，三极管根据材料的位置布局不同，可以分为基区、集电区、发射区。在基区和发射区之间的部位称为发射结，集电区和基区之间的部位称为集电结。
图1 为NPN 和PNP 晶体三极管的结构示意图。在发射极使用不同的箭头表示NPN 晶体三极管和PNP 晶体三极管的结果，主要区别在于发射极使用的箭头方向不一样。由于基区很薄、发射区掺杂浓度较高、集电区空间很大浓度较低等特点，使得晶体三极管具有电流电压的放大作用。
图1 NPN 和PNP 晶体三极管
2 NPN 共射极放大电路
2.1 电路组成
该电路如图2 所示，由交流电源，15V 的直流电源，电容，电阻型三极管2N22222A 构成。图中交流电源提供输入信号，直流电源提供放大能量，电容隔直通交，电阻起到限流的作用。为示波器，端口测输入的波形，端口测输出的波形，二者均为交流信号。
图2 共射极放大电路
2.2 工作状态分析
放大电路的工作状态由三极管的状态决定，三极管有三种工作状态：截止状态（发射结截止），放大状态（发射结正偏、集电极反偏，对应图1 中，饱和状态（发射结正偏、集电极正偏，
图3 直流工作点数据
图4 放大状态输入输出波形
2.3 参数分析
2.3.1 电源频率f 对输出的影响
图5 幅频特性、相频特性曲线
表1 不同频率的电压值
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通过表1 的相关测量数据，可以看出，此共射极放大电路具有带通的特性，当频率过低或者过高的时候，虽然整个电路都处于放大状态，但是输出电压极小，电路已经失去了放大作用。
表2 不同电阻R2 的电压值
