共射極放大電路的波形和基本公式

一 共射極放大電路的波形

放大電路的作用是將小信號(hào)放大為大信號(hào)。下圖是用三極管組成的放大電路。基極是信號(hào)輸入，集電極是信號(hào)輸出，發(fā)射極是公共端（地）。此電路稱為共發(fā)射極放大電路。

輸入信號(hào)Vin=2Vpp，輸出信號(hào)Vo=6Vpp。電路的電壓放大倍數(shù)是3倍，大約是9.5dB?？床ㄐ危斎胄盘?hào)和輸出信號(hào)是反相的。

二 基極偏置電壓

下圖是Vin與Vb的波形?？梢钥闯鯲in與Vb的幅度和相位一致。只是在Vb上有2.6V的直流偏置電壓。此電壓稱為基極偏置電壓，由基極偏置電路R1和R2產(chǎn)生。C1的作用是 去除來(lái)自Vin的直流信號(hào)，只讓Vin的交流信號(hào)通過(guò)。當(dāng)交流信號(hào)通過(guò)C1后，由R1和R2組成的基極偏置電路，提供新的直流電壓。C1稱為耦合電路，它使Vin和Q1耦合起來(lái)。

三 基極-發(fā)射極電壓

下圖是Vb和Ve的波形。從交流角度看，Vb和Ve的幅度和相位一致，即Ve的交流成分與Vin的交流成分一致。即當(dāng)在晶體管的基極上添加交流信號(hào)，從發(fā)射極得到的信號(hào)沒(méi)有任何放大作用，放大倍數(shù)為1。

從直流的角度看，Vb和Ve之間有0.619V的差值。這就是前面提到的Vbe≈0.6V。

我們可以認(rèn)為在晶體管的基極-發(fā)射極之間、基極-集電極之間都有連接二極管。在一般的放大電路設(shè)計(jì)中，使基極-發(fā)射極之間的二極管導(dǎo)通，使基極-集電極之間的二極管截止，基于這個(gè)原則來(lái)設(shè)置晶體管各個(gè)pin的偏置電壓。晶體管無(wú)論是哪種類型或者用途（小信號(hào)、功率、低頻、高頻），只要它工作在放大區(qū)，肯定Vbe是一個(gè)定值，例如≈0.6V。

四 集電極輸出

如下圖，集電極的波形，被放大，而且相位與Vin/Vb/Ve相反。

晶體管各個(gè)pin的電流流動(dòng)關(guān)系如下。因?yàn)閕b很小，可以忽略不計(jì)。

ic=ib+ie≈ie

NPN晶體管和PNP晶體管的電流方向完全相反。

如下圖Ve的電壓是2V±1V，流過(guò)發(fā)射極的電流

Ie=[(2V±1V）/2KR]=1mA±0.5mA

因此流過(guò)集電極的電流Id=1mA±0.5mA。此電流在R3兩端產(chǎn)生的壓降是Id x R3=6V±3V。

V2是15V的直流電壓，V2減去R3兩端電壓就是Vc電壓。Vc通過(guò)C2隔直之后，就是輸出電壓了。

總結(jié)：

V1提供交流輸入信號(hào)，R1和R2提供Vb的直流偏置電壓。

二者組合成Q1的基極電壓。基極電壓減去基極-發(fā)射極之間的PN節(jié)壓降[0.6V]，得到Q1的發(fā)射極電壓。

由發(fā)射極電壓和R4，得到發(fā)射極電流。

因?yàn)榘l(fā)射極電流≈集電極電流，可以得到R3兩端壓降。

V2減去R3兩端壓降，就是Q1的集電極電壓。將此電壓去掉直流成分，就是放大后的輸出信號(hào)。

五 電路的直流電壓公式

基于以上的分析和波形，整理共射極放大電路的直流電壓公式。使用大寫(xiě)字母表示直流參數(shù)。

首先基極的直流電壓VB是R1和R2對(duì)電源電壓V2進(jìn)行分壓之后得到電位（注：此處有個(gè)前提，認(rèn)為基極的輸入阻抗非常高，流入晶體管的基極電流IB很少，可以忽略）

接下來(lái)發(fā)射極的直流電壓VE比基極電壓VB低，差值是VBE，通常VBE=0.6V

接下來(lái)是發(fā)射極上流動(dòng)的直流電流IE

接下來(lái)集電極直流電壓VC是電源電壓V2減去R3兩端的壓降

六 電路的交流電壓公式

使用小寫(xiě)字母表示交流信號(hào)。通過(guò)之前的描述已經(jīng)知道，單看交流信號(hào)，Vin(V1)=Vb=Ve。即V1的交流信號(hào)，直接傳遞到晶體管的發(fā)射極。因此由Vin交流信號(hào)引起的發(fā)射極ie的交流變化部分△ie為：

則交流電流△ie在R3上產(chǎn)生的電壓為：

C2將Vc的直流電壓截?cái)?，輸出的只有交流信?hào)Vo

因此這電路的交流放大倍數(shù)Av是：

通過(guò)以上公式可以看出：該電路的交流放大倍數(shù)Av與晶體管的直流放大系數(shù)hFE無(wú)關(guān)，是由R3和R4決定的。

七 關(guān)于hFE

hFE是共發(fā)射極電流放大系數(shù)（通常簡(jiǎn)稱為電流放大系數(shù)）。hFE的值越大越好，因?yàn)檫@意味著可以用較小的電流控制較大的電流。通常小信號(hào)通用晶體管的hFE是一百到數(shù)百，功率放大晶體管的hFE是數(shù)十到一百左右。不過(guò)即使是同一型號(hào)的晶體管，hFE也有分散性。此外想以微小電流來(lái)控制較大電流時(shí)，有hFE非常大的所謂超hFE晶體管，這種類型的晶體管差不多都是NPN型的。