設計目标：

• 放大倍數：10倍電壓增益
• 輸出電壓Vp-p（峰峰值）：2V
• 通頻帶fbw：0 ~ 4Khz

器件簡介：

S9013三極管是一款NPN型小功率矽三極管，主要用于放大和開關。封裝形式分插件封裝和貼片封裝，本實驗使用的是TO-92插件封裝9013。

9013三極管引腳定義圖

主要參數：

• 集電極電流Ic：Max 500mA
• 集電極-基極電壓Vcbo：40V
• 工作溫度：-55℃ ~ 150℃
• 最大功耗：0.625W
• 直流放大系數hFE：100 ~ 300

靜态偏置分析：

靜态偏置電路圖

• R1、R2分壓為B極提供靜态偏置
• R4為E極提供靜态電流負反饋，R4的存在抑制了放大倍數但是提高了放大倍數的穩定性、精準性、一緻性
• 變化的Ic在R3上産生相應壓降對外輸出，需要注意的是輸出信号與輸入信号是反相的
• B極電流Ib通常很小（本實驗為uA級）相比流過R1、R2的電流可以忽略，故得到A圖1式
• B、E極之間壓降Vbe為一個PN結正向導通的壓降，約為0.7伏，故得到A圖2式
• E極電流Ie見A圖3式
• C極電流Ic等于E極電流Ie減去B極電流Ib，因為Ib很小可以忽略，所以Ic等于Ie即A圖4式
• C極靜态電壓等于Vcc減去R3的分壓，即A圖5式

A--靜态參數計算

交流分析：

• 因為Vb與Ve相差固定的0.7伏（一個PN結的正向導通壓降），所以E極電壓變化量等于B極電壓變化量，即B圖1式
• E極電流變化量見B圖2式
• 因為Ie = Ib Ic ，Ib很小可忽略，故C極電流變化量等于E極電流變化量，即B圖3式
• C極電壓與輸入電壓Vi反相，故得到B圖4式
• 輸出電壓Vo等于C極電壓變化量，即B圖5式
• 電壓放大倍數見B圖6式

B--交流參數計算

電壓放大倍數Au和直流放大系數hFE的關系：

• Au一般都小于hFE且與hFE無關，hFE是三極管的極限參數，一般使用其中一個區間
• Au由R3、R4比值決定，多個電路容易做到精準、統一，受溫度影響小
• 器件個體之間hFE參數差異較大，受溫度影響較大
• 個人見解：如果把三極管看做汽車，那麼hFE就是汽車實際可跑出的極限速度（比如300 km/h），而Au則是實際使用時的速度（比如100 km/h），出于安全、經濟性、穩定性、使用壽命等考慮實際使用速度一般低于極限速度，兩台極限速度不同的車經過控制也可以做到相同的使用速度，實際使用速度和極限速度無關。三極管的hFE和Au同理。

器件選型計算：

• 輸出電壓Vp-p設計目标為2V，電源電壓可以選擇5V，5V也比較容易獲取
• Ie、Ic取一相對（Ic MAX = 500 mA）較小值，如1mA
• 為了避免截止失真和飽和失真Vce一般設置為電源電壓的一半即2.5V
• 電壓放大倍數設計為10，故R3：R4 = 10：1，R3、R4總分壓為Vcc - Vce即2.5V
• Ir1、Ir2取一相對（uA級Ib）較大值，如1mA
• 具體計算如C、D圖所示

C--器件選型計算

D--器件選型計算

電路搭建：

為了配置方便，這裡沒有采用固定阻值的色環電阻而是采用了幾個精密可調電位器，采用面包闆快速搭建。

電路特寫

E極電壓實測0.3V

C極電壓實測2.2V

B極電壓實測0.95V

采用了兩個4.7uF的電解電容作為輸入、輸出耦合電容。

測量輸入輸出信号

輸入輸出信号在同一電壓比例下的比較

因為電阻值的偏差和耦合電容的影響，輸入、輸出信号分别為0.2V和1.4V，電壓實際放大倍數為7倍與10倍目标值有所偏差，仍需繼續優化電路。可以看得出到輸出信号與輸入信号是反相的。

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