請問如何設計放大器?

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請問
如何設計放大器?
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Answer 1

共射極放大電路是使用最多的形式。其電路具有下列特點：



輸出電流不流過輸入電流。

具有電壓及電流增益，其功率增益為三種基本放大電路中最大者。

輸出與輸入信號相位差180。

輸入阻抗約為1KΩ。輸出阻抗約為50KΩ。可與多種信號源相匹配。

如圖5-4所示，為NPN型電晶体共射極放大電路的輸入特性曲線。由於共射極電路之輸入係加順向偏壓，故其輸入特性與二極体之輸入特性非常相似。如圖5-5所示，為NPN型電晶体共射極放大電路的輸入特性曲線。即在第三章所講的集極特性曲線。該曲線是在一組輸入電流(IB)值的範圍內，輸出電壓(VCE)對輸出電流(IC)的一組曲線。













圖片參考：http://score.ptivs.ptc.edu.tw/chenjy/ELECTRN/IMAGE/p46-2.gif


圖中IB的大小以微安(μA)為單位，而IC是以毫安(mA)為單位的。由圖中可看出IB的曲線並不水平，這表示射極電壓VCE會影響集極電流的大小。在圖5-5中，垂直之陰影部份為飽和區，而水平之陰影部份為截止區。工作區則位於飽和區之右及截止區之上方間。工作區內IB的各曲線是近於等距的直線。因此，只要偏壓適當，共射極電路可作極好之線性放大。


共射極放大電路之偏壓方式很。常用的有固定偏壓法、集極回授偏壓法、含射極電阻電流回授法及分壓式偏壓法。



固定偏壓法



如圖5-6所示為固定偏壓電路，依克希荷夫定理，其輸入的電壓方程式為













圖片參考：http://score.ptivs.ptc.edu.tw/chenjy/ELECTRN/IMAGE/p47-1.gif


VCC=IBRB+VBE
圖片參考：http://score.ptivs.ptc.edu.tw/chenjy/ELECTRN/IMAGE/Image73.gif
..(公式5-4)


VBE之數值很小，矽電晶体約為0.7V，鍺電晶体約為0.3V，通常予以忽略，故IB之近似值為
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…….(公式5-5)



輸出回路之電壓方程式為



VCC=ICRL+VCE …..(公式5-6)



∴VCE =VCC - ICRL (公式5-7)



或
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….(公式5-8)



當電晶体處於適當偏壓下，工作於線性部份時，其輸出電流IC與輸入電流IB的關係為IC=βIB …..(公式5-9) 如所加的偏壓，使電晶体的IC超過線性區域而進入飽和區，則集極對射極電壓VCE接近於零，故其飽和電流IC(sat)為 IC(sat)
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固定偏壓電路雖然有構造簡單的優點，但此種偏壓電路並不穩定。譬如替換電晶体，其β值也不儘相同，且電晶体的漏電電流ICO與β值是隨溫度變化的。鍺晶体的β值在室溫變化下，仍能維持相當的穩定，但矽晶体的β值將產生較大的變化。室溫下，矽晶体的漏電電流非常微小，但鍺晶体欲很大，室溫升高時會更形增加。


2.集極回授偏壓法














如圖5-8所示電路，稱為集極回授偏壓電路，此電路是將集極電壓回授到基極電路。現在假設由於溫度上升，使得IC增大，則ICRC也變大，這將使VCE變小，而VBE及RB均為定值，故IB減小，使IC隨著變小，阻止了IC之變大。反之若受到某因數之影響使IC變小時，則ICRC也變小，使VCE變大，而IB隨著增大，IC也跟著變大。所以集極回授偏壓法可阻止工作點之偏移，以改善電路之穩定性。

由圖中可看出其輸入迴路方程式為：


VCC=I’CRL+IBRB+VBE → I’C=IB+IC
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IC=βIB




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..............(公式5-11)




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其輸出迴路方程式為：



VCC= I’CRL+VCE → VCE = VCC - ICRL (公式5-12)



2006-12-27 12:31:35 補充：
含射極電阻電流回授法
如圖5-9所示電路，在射極加一電阻RE，此電阻稱為射極電阻。RE可產生負回授作用，因此可以作溫度補償以穩定工作點。



當溫度升高而使電晶体的IB增大時，IC、IE均隨之變大，故RE之電壓降增大，結果使VBE之順向電壓減低。則IB必下降，因而控制了因溫度上升而引起的IC與IB的增益電流。

2006-12-27 12:32:15 補充：
其輸入回路方程式為：


VCC=IBRB VBE IERE

IE=IB IC=IB βIB=(β 1)IB

VCC - VBE= IB[RB (β 1) RE]

..(公式5- 13)

輸出電壓回路方程式為：

VCE= VCC-ICRC-IERE

IE IC

VCE= VCC-IC(RC RE) ….(公式5- 14)

2006-12-27 12:32:50 補充：
其他放大電路分析參考下列網頁
http://score.ptivs.ptc.edu.tw/chenjy/ELECTRN/Electrn7.htm