胡 辉

（湖南工业大学 交通工程学院，湖南 株洲 412007）

0 引言

随着基础工业的发展，对于应用BJT放大时的精度要求越来越高。一个良好的、高精度的放大电路可以很好地保留原来信号的特性，降低工作时不必要的功耗。虽然场效应管技术凭借更低的功耗，在数字集成电路中逐渐成为主流，双极性晶体管在集成电路中使用由此逐渐减少。然而，应当看到，即使在现在的集成电路中，双极性三极管仍然是一种重要的器件，市场上仍然存在大量相关器件。如何能够得到一个精度相对较高的放大波形，无疑是放大电路应用中不可忽视的一个问题[1-2]。

1 测试电路的设计

对BJT放大功能的测试电路采用Multisim14.2进行软件仿真[3-4]，通过软件可以改变电阻参数，模拟实际放大时可能会出现的失真，而后可以对出现失真时电路的参数关系进行记录，从而尽量避免在应用中选择电阻时可能导致的输出信号失真。测试电路采用阻容耦合的方式进行连接，以排除信号和负载对于静态点的干扰。电路整体由两级用于放大的共射极放大电路[5]和一级提高带负载能力的共集电极放大电路组成[6]，通过多级放大电路实现在输入信号的基础上放大100倍以上的有效输出波形。

1.1 对测试电路的元件选择进行分析

在电子技术发展的过程中，涌现出了非常多不同型号的三极管，它们被应用在各个领域，促进了各个行业的发展，在一定程度上改变了人们的日常生活。本次测试选取2N系列的NPN型BJT三极管，具体型号为2N2222。对于一个三极管，将其用于设计放大电路之前首先应该确定的是一个合适的静态工作点，并尽量避免电路中的其他元件以及电路中的输入信号对静态点可能造成的影响。在给定15 V的直流供电电源时，用于放大的共射极电路采取基极分压式射极偏置，为了使静态工作点取在一个合适的位置，需要将VCEQ的电压控制在约7.5 V，通过理论计算与仿真测试，基极两电阻的比值约为3∶1时，可以达到一个较为良好的放大效果。具体电路如图1所示。

图1 正常放大电路

1.2 失真测试的方案设计

在应用BJT进行信号放大的过程中，由于电阻元件不恰当的取值等原因会使得输出的波形出现各种各样的失真。本次测试通过对相应电阻元件进行调整，模拟出现失真时的波形，从而得出正常放大所需要考虑的一些电阻元件的取值问题。本次测试的输入波形采用信号发生器输出的1 khz， 10 mv的正弦波，通过双通道示波器对输入、输出波形进行采样对比，得到相关结论。

2 测试的流程及相关波形

当人们在用三极管对信号进行放大时，目的是对输入信号一定比例的放大，如果不能按照比例放大，放大后的输出信号与原来的输入信号相比就出现了失真。本次测试通过仿真软件依次对顶部失真、底部失真、双向失真进行模拟[7]，每次失真模拟都是在正常放大的基础上对电阻参数进行调整，得到所需的失真输出波形。

顶部失真是由于静态工作点取在一个工作区内相对较低的位置，即VCEQ过高，此时三极管工作点在截止区附近，那么就会出现有一部分输入信号正半轴的波形无法正常地通过三极管进行放大。本次测试通过增大基极的两个稳压电阻的比例来模拟此类失真。波形如图2所示。

图2 顶部失真

底部失真是由于静态工作点取在一个工作区内相对较高的位置，即VCEQ的值偏小，此时三极管工作点在接近饱和区的位置，从而导致输入信号的负半轴波形有一部分无法正常的通过三极管进行放大，本次测试通过减小基极稳压电阻的电阻比例来模拟出此类失真。波形如图3所示。

图3 底部失真

双向失真的出现与前两种失真出现的原因不相同，这种失真的出现更多是因为所取增益过大，使三极管在合适的静态工作点，也会在两端同时出现波形无法正常显示的情况。在用三极管放大的过程中，有时因为没能考虑三极管本身的特性对放大电路增益选取一个合理的值，就会出现此类失真。本次测试通过改变集电极与发射极电阻，增大电压增益模拟此类失真。波形如图4所示。

图4 双向失真

3 结论

随着信息时代的发展，三极管放大电路在各个领域的应用也越来越广泛。由多级放大电路构成的实际电路对输入的信号有着更好、更稳定的放大作用，但是在构成电路时，应该着重考虑元件参数对波形输出的影响。本次基本放大功能的测试，对BJT可能出现的失真进行了理论说明，通过模拟得出了失真产生时的参数条件。在应用BJT进行放大的过程中，为了避免失真，需要对能够影响到静态工作点的电阻的选取事先进行近似计算，让静态点能够位于一个合适的位置；对放大的电路的增益也需要控制在一个合理的范围。