共射極放大電路及電路設(shè)計(jì)方法詳解

1、共射極放大電路原理：

1）觀察共射極放大電路靜態(tài)參數(shù)

如下電路圖，電路沒有輸入輸出信號(hào)，三極管Uce電壓比較大，說明三極管并未完全導(dǎo)通?；鶚O有很小電流Ib=8.5uA，集電極電流Ic=943uA，電流放大倍數(shù)約為110倍。

此電路原理是，在靜態(tài)基礎(chǔ)上增大或者減小三極管的基極電流，控制三極管的導(dǎo)通程度，進(jìn)而控制輸出電壓。

2）觀察共射極放大電路波形

現(xiàn)在我們?cè)黾虞斎胄盘?hào)，這里是1KHz，峰峰值500mV信號(hào)，測(cè)量輸出波形相位相反，幅值增大，如下：注意圖中的黃色標(biāo)簽為動(dòng)態(tài)參數(shù)請(qǐng)忽略。

放大倍數(shù)A = 937/491 = 1.9倍。

測(cè)量基極和射極波形如下，發(fā)現(xiàn)Ub總是比Ue高出0.7V左右。這個(gè)壓差不是不變的，只是變化非常小，具體參見前面文章《三極管原理》。實(shí)際上不同型號(hào)的三極管這個(gè)壓差也不同，但都可以近似按照0.7設(shè)計(jì)電路。

3）共射極放大電路放大倍數(shù)推導(dǎo)

由上面的實(shí)測(cè)波形可知，基極與射極差值固定，約0.7V，因此基極輸入動(dòng)態(tài)信號(hào)時(shí)，基極變化量等于射極變化量：

因此，射極電流變化量：

射極電流和集電極電流幾乎相等，得出集電極電阻兩端電壓變化量：

又因?yàn)榧姌O電阻一端電壓固定，因此集電極電壓變化量和電阻兩端電壓變化量相等。

最終得出放大倍數(shù)：

注意1： 這里放大的是基極變化量，不是基極電壓，不少朋友一直這么認(rèn)為，千萬注意。

注意2： 共射極放大電路放大倍數(shù)和三極管的電流放大倍數(shù)沒有關(guān)系。

2、共射極放大電路設(shè)計(jì)：

1）設(shè)計(jì)要求

輸出最大峰峰值：1V

放大倍數(shù)：2倍

2）靜態(tài)時(shí)設(shè)計(jì)原則

一般情況下靜態(tài)時(shí)Ic設(shè)計(jì)為1至幾mA。

因?yàn)閁be隨基極電流變化，而且Ube和溫度相關(guān)，為負(fù)溫度系數(shù)，Ube變化Ue跟隨變化，因此要求Ue電壓要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于Ube變化值，使Ube的變化值可以忽略，一般情況下Ue為1~2V即可。

3）開始設(shè)計(jì)

選擇Ic = 1mA，Ue = 2V，沒錯(cuò)就是直接選擇。

1))計(jì)算Re

Re = 2V/1mA = 2kΩ

** 2)) 計(jì)算****Rc**

設(shè)計(jì)要求放大倍數(shù)為2倍

A=Rc/Re，因此Rc = ARe = 22kΩ = 4kΩ

3))計(jì)算靜態(tài)時(shí)Ub

Ub = Ue + 0.7V = 2.7V

** 4)) 計(jì)算供電電壓**

靜態(tài)時(shí)集電極電阻壓降為：

Urc = 1mA * 4kΩ = 4V

假定供電電壓為U，靜態(tài)時(shí)輸出電壓：

Uout1 = U - Urc = U - 4

飽和時(shí)Uce幾乎為0，因此輸出電壓為Rc和Re分壓：

Uout2 = U/3

截止時(shí)三極管關(guān)斷，輸出電壓為U

Uout3 = U

為了直觀一些，把三個(gè)電壓放入圖表中：

設(shè)計(jì)要求輸出電壓峰峰值能夠達(dá)到1V，觀察Uout3和Uout1之間壓差為4V，肯定滿足，只需要求Uout1-Uout2>0.5V即可

U-4 - U/3 > 0.5

U > 6.75V即可，小于此值時(shí)輸出負(fù)半軸被削去一部分。

** 5)) 計(jì)算靜態(tài)時(shí)基極偏置**

要求基極偏置電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于基極電流，一般大于10倍稱之為遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于，這樣基極電流就能忽略不計(jì)。一般三極管電流放大倍數(shù)為幾十至幾百不等。其實(shí)這不影響電路設(shè)計(jì)，我們直接按照100倍計(jì)算。

三極管電流放大倍數(shù)β=100

Ib = 1mA/100 = 0.01mA

確定偏置電流

Ibias = 0.01mA * 10 = 0.1mA

計(jì)算R2

R2 =Ub/0.1mA = 2.7V/0.1mA = 27kΩ

計(jì)算R1 + R2 = 6.75V/0.1mA = 67.5kΩ

R1 = 40.5kΩ

按照以上計(jì)算的參數(shù)靜態(tài)時(shí)仿真結(jié)果如下：

仿真結(jié)果顯示，Re壓降并不是設(shè)定值2V，Ub也是不是2.7V，Ic也不是1mA，但是都比較接近。這是由于以上計(jì)算都是基于基極電流Ib太小忽略不計(jì)得出的。

Ib這個(gè)小電流，會(huì)把R1和R2的分壓值拉低一些，變?yōu)?.56V，同樣因?yàn)閁b被拉低，Uc就變高一些，不過這不會(huì)帶來嚴(yán)重問題。

現(xiàn)在我們嘗試減小R1為37K，增大偏置電流，各項(xiàng)參數(shù)符合設(shè)計(jì)值，靜態(tài)時(shí)仿真結(jié)果如下：

以上參數(shù)都是計(jì)算值，根據(jù)實(shí)際情況，電壓源調(diào)整為7.5V常用電壓源，Rc調(diào)整3.9K常用電阻。電壓源調(diào)整，偏置電路需要重新計(jì)算，才能保證Ub約為2.7V。

R1 + R2 = 7.5V/0.1mA = 75K

R1 = 75K - 27K = 48K，這里選擇47K常用規(guī)格

靜態(tài)時(shí)仿真結(jié)果如下：

** 6)) 現(xiàn)在來測(cè)量一下輸入輸出波形：**

實(shí)際放大倍數(shù)：

A = 937.8/492 = 1.91基本符合預(yù)期，也基本達(dá)到了1Vpp的要求。

** 7)) 降低電源電壓方法：**

如果覺得7.5V電壓有點(diǎn)高了，計(jì)算時(shí)根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)減小Ue，以下是Ue = 1V，Ic = 1mA時(shí)的計(jì)算結(jié)果。

Re = 1K

Rc = 2K

U > 3.75V，這里選擇5V

R1 = 17K，這里選擇常用規(guī)格電阻18K

計(jì)算R1

R1+R2 = 5V/0.1mA = 50K

R1 = 50K - 17K = 33K

A = 947.7/491.1 = 1.93基本符合預(yù)期，也基本達(dá)到了1Vpp的要求。