NPN電晶體共射極(CE)A類放大器實習

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設備與材料

電源供應器 × 1
三用電表 × 1
麵包板 × 1
電晶體 2SD525 × 1 (2SD718 × 1)
散熱片 × 1
1/4W 電阻 1kΩ × 1
1W 電阻 8Ω × 1
可變電阻 10kΩ × 1
電容器 2200μF × 1
電容器 220μF × 1
陶瓷電容 104 × 2

電路圖

圖1:NPN 電晶體共射極(CE) A類 放大電路

實體接線圖

圖2:實體接線圖

共射極(CE)放大

圖3:共射極放大電路集極回授偏壓

如圖3 所示電路,訊號從 基極(B)射極(E) 輸入 ,從集極(C)射極(E) 輸出 ,輸入與輸出共用 射極(E),所以稱為 共射極(CE)放大器。共射極(CE)放大的特點是同時有 電壓放大(AV) 與 電流放大(AI),且輸入與輸出的相位會反向放大。

負回授

1kΩ 電阻接於電晶體的 集極(C)基極(B)之間,放大器的輸入是從 基極(B) 進去,輸出是從 集極(C) 輸出,1kΩ 電阻 接於 輸出輸入 之間,屬於 回授電阻,而且是 負回授,負回授會使放大器的放大倍率減少,但穩定度提高。

圖4:耳機訊號前置處理

前置處理

耳機訊號先經過 10kΩ 可變電阻分壓,再經由 兩個 104 電容濾波,把耳機訊號中的高頻訊號濾掉,之後再送到放大器放大,因此可以藉由 10kΩ 可變電阻 來調整音量。電容對高頻訊號而言阻抗低(直流稱電阻,交流稱阻抗,阻抗包含電阻、感抗、容抗),因此高頻訊號會被電容直接導引到接地,無法進入放大器放大,104 電容功能是濾波,所以稱為濾波電容。把訊號從1級送到另1級的動作稱作 交連,此電路使用電容來交連。

交連電容

C1 電容、C2 電容是屬於交連電容,C1 電容是耳機訊號要輸入到放大器之前的交連電容,可以防止放大器本身的直流進入到耳機;C2 電容是放大器放大完輸出到喇叭之前的交連電容,目的是隔離放大器的直流,讓直流不會進入喇叭。

功率電晶體

圖5:功率晶體接腳

電晶體 可選用 2SD718 ,因為手邊沒有,只有 2SD525 才用 2SD525 替代。功率電晶體的集極通常也會接到外殼金屬部份,作用是幫助散熱,電晶體消耗功率 PD = VCE x IC ,因為 A類放大器失真最小,但效率最差,電晶體本身會消耗大功率,因此需要安裝散熱片。

2SD718

IB = 0.8 A
IC = 8A
IC peak = 16A
PD = 80W
hfe = 55~160(VCE = 5V,IC=1A)

2SD525

IB = 0.5 A
IC = 5A
PD = 40W
hfe = 40~240 (VCE = 5V,IC=1A)

輸入輸出波形

由 圖6 可知,黃色為輸入波形,藍色是輸出波形,輸入與輸出反相放大,不過放大倍率並不高,輸入 VP 約 4小格,每大格(5小格) 100mV 約80mV,輸出 VP 約 9.5小格,每大格(5小格) 100mV 約190mV,放大倍率約 190/80 = 2.375

圖6:電晶體B腳輸入與喇叭輸出交流波形

由圖7可知,波形在 直流4.6V的地方變動,因此只要輸出交流訊號大於 400mV ,波形就會失真。

圖7:電晶體C腳輸出波形(含直流位準)

修正電路

圖8:電晶體共射極(CE)A類放大電路

實體接線圖

圖9:實體接線圖(沒有1W 8Ω,用2顆 1/2W 15Ω 並聯取代)

負載線

A點:當 IC=0 時 VCE = 5V
B點:當 VCE =0 時 IC = 5/8 = 625 (mA)
連接 A-B 兩點就是負載線

圖10 負載線與工作點

工作點

沒有訊號輸入時:
VC= 3V
VB=0.65V
IB = (3-0.65) / 1k = 2.35 (mA)
IE = (5-3) / 8 = 250 (mA)
IC = 250 -2.35 = 247.65 (mA)
β = 274.65/2.35 = 116.87

輸入輸出波形

由 圖11 可知,黃色為輸入波形,藍色是輸出波形,輸入與輸出反相放大,輸入 VP-P 約 4.5小格,每大格(5小格) 50mV 約45mV,輸出 VP-P 約 21小格,每大格(5小格) 100mV 約420mV,放大倍率約 420/45 = 9.3

圖11:電晶體B腳輸入與喇叭輸出交流波形

由 圖12 可知,波形在 直流 3.4V 的地方變動,因此只要輸出交流訊號大於 1.6V ,波形才會失真。

圖12:電晶體C腳輸出波形(含直流位準)
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