三極管共射極放大電路

共射極放大器是3個(gè)基本的雙極結(jié)型晶體管用作電壓放大器。該放大器的輸入為基，輸出為集電極，發(fā)射極對兩個(gè)端子是公共的。
   發(fā)射極放大器的基本符號如下所示：’

發(fā)射極放大器
共發(fā)射極放大器配置
   如下圖所示，晶體管的發(fā)射極對于輸入和輸出信號是公共的，PNP晶體管的布置相同，但是偏壓與NPN晶體管相反。

共射極放大電路配置
二、共射放大器原理   下圖電路顯示了共射極放大器的工作原理，由分壓器偏置組成，用于提供基極偏置電壓。分壓器偏置有一個(gè)帶有2個(gè)電阻的分壓器，連接的中點(diǎn)用于提供基極偏置電壓。

共發(fā)射極放大器電路
   共射極放大電路中有許多不同類型的電子元件，這里簡單介紹一下。
1、偏置電路/分壓器   電阻 R1、R2 和 RE用于構(gòu)成電壓偏置和穩(wěn)定電路。其中，R1用于正向偏置，R2用于產(chǎn)生偏置，RE用于熱穩(wěn)定性。
   偏置電路需要建立適當(dāng)?shù)墓ぷ鱍點(diǎn)，否則，信號的負(fù)半周期的一部分可能會在輸出中被截止。
2、輸入電容（C1）   電容 C1用于將信號耦合到BJT的基極端子。如果不存在，信號源電阻 Rs 將遇到 R2，從而改變偏置。C1 僅允許交流信號流動，但將信號源與 R2 隔離。
3、發(fā)射極旁路電容（CE）   發(fā)射極旁路電容CE 與 RE 并聯(lián)使用，為放大的交流信號提供低電抗路徑。如果不使用它，則經(jīng)過 RE 的放大交流信號將在其兩端產(chǎn)生壓降，從而降低輸出電壓。
4、耦合電容 （C2）   耦合電容 C2 將一級放大耦合到下一級。該技術(shù)用于隔離兩個(gè)耦合電路的直流偏置設(shè)置。
5、共射放大器電路電流   基極電流 iB = IB +ib

IB = 無信號時(shí)的直流基極電流。

ib = 應(yīng)用交流信號時(shí)的交流基極，iB = 總基極電流。
   集電極電流 iC = IC+ic

iC = 總集電極電流。

IC = 零信號集電極電流。

ic = 應(yīng)用交流信號時(shí)的交流集電極電流。
   發(fā)射極電流 iE = IE + ie

IE = 零信號發(fā)射極電流。

Ie = 應(yīng)用交流信號時(shí)的交流發(fā)射極電流。

iE = 總發(fā)射極電流
   上面所示的單級共發(fā)射極放大器電路使用的是“分壓器偏置”。這種類型的偏置布置使用兩個(gè)電阻作為電源上的分壓器網(wǎng)絡(luò)，其中心點(diǎn)向晶體管提供所需的基極偏置電壓。分壓器偏置常用于雙極晶體管放大器電路的設(shè)計(jì)。

共射極電路
   這種晶體管偏置方法通過將基極偏置保持在恒定的穩(wěn)定電壓電平，從而實(shí)現(xiàn)最佳穩(wěn)定性，從而大大減少了變化 β 的影響。Vb 由兩個(gè)電阻 R1、R2 和電源電壓 Vcc 形成的分壓器網(wǎng)絡(luò)決定，如上圖所示，流過兩個(gè)電阻的電流。
   那么RT將等于R1 + R2，電流為 i = Vcc/R T。電阻 R1 和 R2 結(jié)點(diǎn)處產(chǎn)生的電壓電平將基極電壓 ( Vb ) 保持在低于電源電壓的恒定值。共發(fā)射極放大器電路中使用的分壓器網(wǎng)絡(luò)按電阻的比例對電源電壓進(jìn)行分壓。使用以下簡單的分壓器公式可以輕松計(jì)算該偏置參考電壓。
6、晶體管偏置電壓

晶體管偏置電壓
   由于電源電壓相同，( Vcc ) 也決定了Ic ， Vce = 0晶體管的基極電流 Ib 由集電極電流Ic和晶體管的直流電流增益 β 求得。
7、β（直流電流增益）

β值計(jì)算
   晶體管的 β值（有時(shí)在數(shù)據(jù)表中稱為hFE）定義了晶體管在共發(fā)射極配置中的正向電流增益。β是晶體管在制造過程中內(nèi)置的電氣參數(shù)。 β(h FE ) 沒有單位，因?yàn)樗�是兩個(gè)電流Ic和Ib的固定比率，因此基極電流的微小變化將導(dǎo)致集電極電流的較大變化。
三、共射放大器圖解1、交流等效電路圖   共射極放大器電路交流分析的第一步是：將所有直流源降為0，并短路所有電容來繪制交流等效電路。下圖為交流等效電路。

共射極放大器電路交流等效電路
2、h參數(shù)等效電路   交流分析的下一步是用h參數(shù)模型替換交流等效電路中的晶體管來繪制h參數(shù)電路。下圖顯示了共射電路的 h 參數(shù)等效電路。

共發(fā)射極放大器的 h 參數(shù)等效電路
   典型的CE電路性能總結(jié)如下：

器件輸入阻抗，Zb = hie

電路輸入阻抗，Zi = R1 ||R2 || Zb

器件輸出阻抗，Zc= 1/hoe

電路輸出阻抗，Zo = RC ||ZC ≈ RC

電路電壓增益，Av = -hfe/hie*(Rc|| RL)

電路電流增益，AI = hfe.RC.Rb/ (Rc+RL) (Rc+hie)

電路功率增益，Ap = Av * Ai
四、共射放大器特性1、電壓增益

電壓增益
   其中β是晶體管電流增益，hie是共發(fā)射極電路中晶體管的輸入電阻。負(fù)號表示輸出電壓與輸入電壓異相 180°。
2、電流增益   電流增益 A i約為

電流增益
   同樣，負(fù)號表示輸入和輸出信號之間的相位反轉(zhuǎn)。
3、功率增益   功率增益 A p就是電流增益和電壓增益的乘積：

功率增益
   功率增益不包括信號源中或?qū)⑤敵鲂盘杺鬏數(shù)匠齊L之外的負(fù)載時(shí)的功率損耗。只是R L中消耗的信號功率 與晶體管輸入電阻 h ie 中消耗的信號功率之比。
4、輸入電阻   輸入電阻Rin為

輸入電阻
5、輸出電阻   輸出電阻 Rout 可以通過以下方程:

輸出電阻
   其中 hoe 是集電極和發(fā)射極之間的電導(dǎo)。如該等式所示，在這種情況下，輸出電阻R out是作為電源的晶體管向負(fù)載R L呈現(xiàn)的電阻。從連接到輸出端子v ce的設(shè)備來看，整個(gè)放大器電路的輸出電阻 實(shí)際上是與R L并聯(lián)的Rout。
   因此，共發(fā)射極放大器具有電壓增益、電流增益、輸入信號反相、低輸入電阻和高輸出電阻的特性。
五、共射放大器計(jì)算方法1、共射放大器計(jì)算案例一   共發(fā)射極放大器電路的負(fù)載電阻RL為1.2kΩ ，電源電壓為12v。
問題：

計(jì)算晶體管完全“導(dǎo)通”（飽和）時(shí)流過負(fù)載電阻的最大集電極電流 ( Ic )。

假設(shè)Vce = 0。如果發(fā)射極電阻 R E兩端有 1v 的壓降，則還要找到發(fā)射極電阻R E的值。

假設(shè)使用標(biāo)準(zhǔn) NPN 硅晶體管，計(jì)算所有其他電路電阻的值。


計(jì)算公式
   然后，這會在特性曲線的集電極電流垂直軸上建立點(diǎn)“A”，并在Vce = 0時(shí)發(fā)生。當(dāng)晶體管完全“關(guān)斷”時(shí)，電阻 RE或R L上沒有壓降，因?yàn)闆]有電流流過它們。那么晶體管兩端的電壓降Vce等于電源電壓Vcc。這在特性曲線的水平軸上建立了點(diǎn)“B”。
   一般來說，放大器的靜態(tài) Q 點(diǎn)是零輸入信號施加到基極時(shí)，因此集電極位于零伏和電源電壓 ( Vcc/2 )之間的負(fù)載線的大約中間位置。因此，放大器 Q 點(diǎn)處的集電極電流將為：

集電極電流
   該靜態(tài)直流負(fù)載線產(chǎn)生一個(gè)直線方程，其斜率給出為：-1/(R L + RE )，并且它在等于Vcc/(R L + RE )的點(diǎn)與垂直Ic軸相交。DC負(fù)載線上Q點(diǎn)的實(shí)際位置由Ib的平均值確定。
   作為集電極電流，晶體管的Ic也等于晶體管的 DC 增益 (Beta) 乘以基極電流 ( β*Ib )，如果我們假設(shè)晶體管的 Beta ( β ) 值為 100，( 100 是低功率信號晶體管的合理平均值）流入晶體管的基極電流Ib如下：

基極電流
   通常不使用單獨(dú)的基極偏置電源，而是通過降壓電阻 R1從主電源軌 (Vcc) 提供基極偏置電壓�，F(xiàn)在可以選擇電阻 R1和R2 ，以提供 45.8μA 或 46μA 的合適靜態(tài)基極電流（四舍五入到最接近的整數(shù)）。流過分壓器電路的電流必須比實(shí)際基極電流Ib大，以便分壓器網(wǎng)絡(luò)不會受到基極電流的負(fù)載。
   一般經(jīng)驗(yàn)法則是流經(jīng)電阻 R2的值至少為 Ib 的10倍。晶體管基極/發(fā)射極電壓Vbe固定為 0.7V（硅晶體管），則R2的值如下：

R2電阻計(jì)算
   如果流過電阻R2的電流是基極電流值的10倍，則分壓網(wǎng)絡(luò)中流過電阻R1的電流必須是基極電流值的11倍。即：I R2 + Ib。
   因此，電阻R1兩端的電壓等于Vcc – 1.7v（硅晶體管的 V RE + 0.7），等于 10.3V，因此 R1可以計(jì)算為：

R1電阻計(jì)算
   發(fā)射極電阻R E的值可以使用歐姆定律輕松計(jì)算。流經(jīng) RE 的電流是基極電流Ib和集電極電流Ic 的組合，計(jì)算公式為：

RE 電流計(jì)算
   電阻 RE 連接在晶體管的發(fā)射極和地之間，我們之前說過，其兩端有 1 伏的壓降。因此，發(fā)射極電阻 RE的值計(jì)算如下：


發(fā)射極電阻 RE
   因此，對于上面的示例，選擇提供 5% (E24) 容差的電阻的首選值為：


電阻的首選值
   然后，我們上面原來的共射放大器電路可以重寫，以包含我們上面剛剛計(jì)算的組件的值。

共射放大器
2、共射放大器計(jì)算案例一   問題：確定晶體管放大器電路中合理的電阻值。

首先，從晶體管的集電極特性曲線中選擇所需的靜態(tài)點(diǎn)。根據(jù)特性進(jìn)行評估或在數(shù)據(jù)表中查找β、hie和hoe的值。

假設(shè)在所需的靜態(tài)點(diǎn)（IC = 1 mA，UCE = 5 V）， β = 55，h ie = 2720 Ω， ho oe = 14 μS。

選擇RL _根據(jù)增益要求和阻抗匹配，電流增益較高，電壓增益適中，輸出阻抗適中。
   對于本例，RL = 25 kΩ。RB 應(yīng)大于h ie以防止通過偏置分壓器損失過多的信號。因此，選擇 RB = 25 kΩ。為了獲得良好的穩(wěn)定性，請選擇 R E = R B /5 = 5 kΩ。所需的直流電源電壓為（假設(shè)I E ? I C）


直流電源電壓
   偏置電壓UBB應(yīng)等于基極電壓加上電壓降 IBRB。UBB 因而為

偏置電壓
   其中，對于硅晶體管， UBE = 0.7。UBB 也可以計(jì)算為

偏置電壓
   R B1和 R B2 的并聯(lián)組合是RB:

RB計(jì)算公式
   求解偏置電阻的前面兩個(gè)聯(lián)立方程， R B1 = 142 kΩ 和 R B2 = 30.3 kΩ。先前導(dǎo)出的晶體管放大器電壓和電流增益公式也適用于該電路。放大器輸出電阻為 1/ hoe與 R L并聯(lián)。放大器輸入電阻 與R B并聯(lián)。
   注意：通過分壓器R B1、 R B2的電流應(yīng)至少為10 × I B。在我們的例子中，電流通過RB2