最近在学习三极管放大电路,于是用 Multisim 搭了一个简单的共射极放大器。
电路使用2N3904三极管,电源电压为12 V。主要元件参数如下:
- 集电极电阻:
4.7 kΩ - 发射极电阻:
1 kΩ - 基极偏置电阻:
56 kΩ和10 kΩ - 负载电阻:
10 kΩ - 输入、输出电容:
10 μF - 发射极旁路电容 C3:
100 μF - 输入信号:
10 mVpk、1 kHz
刚开始搭建时,我把集电极电阻设成了1 kΩ,发射极电阻设成了4.7 kΩ。这样会导致三极管电流太小,集电极电压接近12 V,不利于输出信号上下摆动。
修改以后,基极电压约为:
VB ≈ 12 × 10 / (56 + 10) ≈ 1.82 V发射极电压大约是1.1 V,电流约为1 mA,集电极静态电压处于6~7 V附近,比较适合放大交流信号。
运行仿真后,可以看到输出信号的幅度明显变大,而且与输入信号方向相反。这是共射极放大电路的典型特点。
不过,我发现输出波形的正、负最大值有一点不对称。断开 C3 后,波形变得更加对称,但放大倍数也明显下降了。
这是因为 C3 会把发射极电阻对交流信号的作用旁路掉。在1 kHz下,100 μF电容的容抗只有约1.6 Ω,远小于1 kΩ的发射极电阻。因此接入 C3 后,电路的交流负反馈减弱,增益变大,但三极管本身的非线性也会更加明显,波形正、负峰值就可能略有差异。
断开 C3 后,发射极电阻重新产生负反馈,所以波形更加对称,代价是增益下降。
如果想在增益和波形质量之间取得平衡,可以把发射极电阻拆成220 Ω和820 Ω两部分,只在820 Ω两端并联 C3。这样既能保留一部分增益,也能利用220 Ω产生负反馈、减小失真。
通过这次仿真,我发现放大电路并不是增益越大越好。旁路电容可以提高增益,但同时也会影响线性度。实际设计时,需要在放大倍数和波形质量之间进行取舍。