一、實驗目的：
瞭解並實際操作串級電晶體之工作特性。
二、相關知識：
前面我們已學過之放大電路，通稱為單級放大。有時候我們需要把一 個極微弱的信號放大數千倍才夠，這往往不是單級放大電路所能勝任的，
這時候就必需把數個單級放大串接起來使用，使前一級的輸出接到後一級 的輸入繼續放大，以獲得所需的增益，這種數級串接而成的放大電路，就 稱為 ”串級放大電路”。串級放大電路中，擔任 ”把前一級的輸出信號傳送 至下一級” 之電路稱為 ”交連” 電路。良好的交連電路應具有如下特性：
(1) 它的加入不影響前、後級放大器之原工作點。
(2) 可將前級之輸出信號低損失的傳送至次級。
(3) 失真小。
1、RC（電阻-電容）交連電路
1、
圖 3-1 RC 交連電路例
圖 3-1 即為一 RC 交連之放大電路，第一級的負載 RC1電阻所產生的輸 出電壓 V01經由電容器 C2傳送到第二級，故稱為 RC 交連放大器。由於 C2 對直流而言是斷路，故不影響兩級之直流工作點。對於交流訊號而言，C2 是短路，故可將第一級的訊號傳送到第二級。茲分析圖 3-1 的電路如下：
在串級電路的分析中須考慮到負載效應，次一級的輸入阻抗會成為前 一級的負載，所以必需由後一級開始分析起。
A. 第二級之交流分析（以β=100 為例）
(1) 電壓增益
10
240 4 .
2
2
2
2
=
Ω
= Ω
≅
=
KR R V A V
E C
I O V
(2) 由電晶體的基極看進去的輸入電阻
Ω
=
× Ω
=
′ ≅
R KRin
2
β E240 10 24
(3) 第 2 級之輸入電阻Ω
≅
′ =
=
R R Rin k k k KRin
2
1//
2// 2 27 // 2 . 4 // 24 2 . 4
(1) 由以上之分析可知第 2 級的輸入電阻為 2.4KΩ電壓增益為 10。
B. 第一級之交流分析（以β=100 為例）
(1) 電壓增益
5
240 4 . 2 //
4 . 2 2
1
//
1
1
=
Ω Ω
= Ω
=
=
=
K KR Rin R
R R V A V
E C
E ac
i O V
(2) 第一級之零件值完全與第二級相同，故輸入電阻一樣也是 2.4KΩ。
C. 總電壓增益
1 1
O O
i O
i O
V V
V V V V
A
=
V= ×
但V
O1 =V
i2故 1 2
2 1
V V i O
i O
V A A
V V V
A
=
V× = ×
由上式可以看出串級放大電路之電壓總增益為各級增益之乘 積。
圖 3-1 電路之總電壓增壓
A
V =A
V1×A
V2 =5×10=50D. 在線路中第一級及第二級之零件完全一樣，但第二級之電壓增 益為 10，第一級卻只有 5，這就是負載效應的結果。
E. 在實際的電路設計中並不需要將各級之間的線路設計的完全一 致，在本例中是為了方便說明所以讓兩級線路完全相同。
2、直接交連放大電路
雖然以電容器作為交連的 RC 交連放大電路是最基本也是使用的較多 之電路，但是由於電容器對低頻產生某數值的容抗(即信號頻率過低時，電 容器在交流電路中不能視為短路)，使低頻之增益降低(輸出減小)，影響低
頻響應，因此在一些要求較苛刻的場合，就必需採用直接交連放大電路。
圖 3-2 所示之電路即為直接交連放大電路。第 1 級的輸出端(集極) "直接"
接至第 2 級的輸入端(基極)，故稱為直接交連放大電路。直接交連放大電路 的總電壓增益亦為各級之乘積。
3、變壓器交連放大電路
在阻抗不匹配時，負載從放大電路所獲得之能量將大為減小，因此，
為了得到良好的阻抗匹配，以獲得最大輸出功率，在很多聲頻放大器中會 使用聲頻變壓器。圖 3-3 為典型的變壓器匹配電路示意圖。聲頻變壓器 T1 及 T2之主要功用為 (1)訊號的傳遞 (2)阻抗匹配。其原理如下：
(1) 變壓器兩端電壓與圈數比成正比，即
2 1 2 1
N N
VV = ，根據能量不滅 定理，V1I1
=
V2I2，所以2 1 1 2 2 1
N N I I V
V
= =
(2) 初級線圈加上交流電源 V1時，輸入電流 I1，所以初級線圈所 呈現的阻抗
1 1
1 I
Z
=
V ，同理次級端之阻抗2 2
2 I
Z
=
V 。(3)
2
2 1 2
1 2 1 1 2 2 1 2 1
2 1
2 2
1 1
2
1 ⎟⎟
⎠
⎜⎜ ⎞
⎝
=⎛
×
=
×
=
=
=
N
N N
N N N I I V V V I
I V I V
I V Z Z
簡言之，阻抗比即圈數比之平方。
(4) 由於阻抗比為圈數比的平方，因此可以採用適當圈數比的變壓 器來獲得所需要的阻抗比。
(5) 使用變壓器做為交連的缺點是頻率響應較差、失真較大且重量 較重。
圖 3-2 直接交連放大器
使用變壓器交連應注意到電晶體的集極負載是變壓器初級線圈，它的 直流電阻很小，所以靜態工作時 VCE 幾乎等於 Vcc，當外加交流訊號輸入 時，線圈將出現自感應電壓，這個感應電壓加上 Vcc 將使得 VCE變成兩倍 的 Vcc，故電晶體在選用時需挑選 VCEO為兩倍 Vcc 以上者。至於各電路在 設計的方式上與上一章所提到的式相同，唯需要考慮到前後級之間的負載 效應。
二、工作項目
工作一、RC 交連放大電路
1. 按照下圖接好各元件，Vcc 以 DC12V 供應，電晶體使用 2N3904 或其 它小訊號用 NPN 電晶體亦可。
2. 在輸入端輸入 1KHz 之正弦波，調整訊號產生器使輸出波形不失真，
以示波器測得 V4 =____Vp-p、V3 =____Vp-p、V2 =____Vp-p、V1
=____Vp-p。
3. 第一級的電壓增益
____
1 2
1
= =
V AV V 圖 3-3 變壓器阻抗匹配電路
第二級的電壓增益
____
3 4
2
= =
V AV V
兩級的電壓總增益為
A
V1×A
V2或等於1 4
V
V =_____
4. 在 TR1 的射極電阻兩端並聯一 47μF 之電容，電容器的正端接 TR1 的射極、負端接地，再重測一次剛才的數據：
第一級的電壓增益
____
1 2
1
= =
V AV V
第二級的電壓增益
____
3 4
2
= =
V AV V
兩級的電壓總增益為
A
V1×A
V2或等於1 4
V
V =_____
5. 比較第 3 與第 4 步驟的結果有何不同？