分壓偏置共射極放大電路實驗的問題與改進措施探究

萬 文，吳 敏

（1.武漢軟件工程職業學院，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

在模擬電子技術教學中，對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是信號發生器，按照課本的參數提供頻率為1 kHz、大小為10 mV的正弦交流信號；XSC1是示波器，示波器的A通道連接電容C3，可檢測放大電路的輸出波形，示波器的B通道連接信號源XFG1的輸出端，可檢測放大電路輸入信號的輸出波形；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 實驗中出現的問題

2.1 理論波形

根據分壓偏置電路的電壓放大原理，電路能實現對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源的波形相比，電壓的絕對值被放大，相位相差180°[3]，理論波形如圖2所示。圖2中，橫坐標表示相位，縱坐標表示電壓值，ui表示輸入波形，uo表示輸出波形。

圖2 理論波形

2.2 原參數仿真波形

參照圖1中的參數，利用multisim軟件對分壓偏置共射極放大電路進行仿真，觀測到的波形如圖3所示[4-5]。結合圖1可知，通道A表示輸出信號的波形，通道B表示輸入信號的波形，標識如圖3所示。可以看出，輸入電壓大小為9.993 mV時，輸出電壓大小為1.24 V，說明電壓的絕對值被放大了120倍。但是，仔細觀察還可看出，輸出和輸入的波形并不是嚴格反相，而是產生了相移，導致輸入和輸出的相位差小于180°。

圖3 原參數仿真波形

3 問題分析

講解分壓偏置共射極放大電路原理，分析交流通路計算電壓增益時，常借用微變等效電路圖。畫微變等效圖時，直流電源和電容都作短路處理[6]。經過處理后的微變等效電路可以通過所有頻率的交流信號，即只要參數設置合適，信號源的頻率不會對輸出波形產生較大影響。事實上，分壓偏置共射極放大電路的交流通路是一個RC通路，并不能將電容一直短路處理。該電路只能對一定頻帶的輸入信號進行不失真放大，當輸入信號的頻率處于通頻帶之外時，放大電路的輸出電壓波形將產生相移。

4 改進措施

根據圖1可看出，在交流通路中，3個電容均與輸入和輸出信號串聯。由于電容具有通高頻阻低頻的性質，在此種情況下，輸出波形出現相移必然是由于原電路中通頻帶中的下限頻率fL不夠小導致。

下限頻率fL的計算為：

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，同時會改變電路的靜態工作點，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到完全沒有相移的波形，如圖4所示。

圖4 改變電路參數后的仿真波形

5 結 論

通過對分壓偏置共射極放大電路中原電路參數的調整，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，有助于教學過程中學生對共射極放大電路的理解，提高學生分析問題和解決問題的能力。