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電子元件 · 半導體器件

電晶體放大與削波

放大器對輸入中的微小變化做出響應,透過利用電源的功率,將這些微小變化轉換為更大的輸出變化。如果輸入變得過大,則波形可能會被截斷。

相關實驗:電晶體放大器 →
電晶體放大器
電晶體放大器實驗場景 →

意義與機制

適當的交流電/直流工作點有助於在輸入訊號在兩個方向變化時,保持活躍區域。 需要區分訊號的變化和工作點的直流值。

在實驗電路中,輸入端的增加會導致集電電流增加,同時集電輸出電壓降低。 結果,觀察到反相放大現象,即輸入和輸出的變化方向相反。

關係與條件

在給定簡單模型的活性區域內,電壓增益約為 −Rc/Re。然而,當輸出達到截止或飽和的邊界時,這種相同的線性關係不再保持。

實際放大器受到偏置電路、頻率響應以及元件電流偏差的影響。該模型中的增益比是一個基於定義電路條件的近似值。

觀察實驗中需要注意的事物

主動區域電壓增益為 −Rc/Re;截止和飽和鉗制訊號波形。

實際偏差分母、基極電流、結電特性以及旁路電容均未採用。實驗在螢幕上進行;請勿使用實際電源、插座或高電壓進行重複實驗。

關鍵關係與符號

Ic ≈ max(0,(Vb−0.7)/Re) · Vout = clamp(Vcc−IcRc,0.2,Vcc)

符號及公式中使用的單位
符號含義單位
Rc, Re收集電阻和發射電阻Ω
Av輸出變化/輸入變化無單位
削波輸出限制下的波形截斷現象

透過範例確認

使用 6 V 電源時,當基準電壓降至 0.55 V,並導致電晶體失電,輸出是什麼?

6 V

常見誤解

  • 放大作用並非創造能量的過程,而是利用現有的能量來源來控制訊號的過程。

透過實驗探索這個概念

參考文獻

OpenStax · 物理學:大學教材,第二卷 (英文版)