共射极放大器的直流分析、交流分析及仿真威廉希尔官方网站 验证

这一期是三极管放大器的分析和设计，共射极放大器的特点是发射极通过电阻连接到共地端，因此称为“共射极”，并且以集电极作为输出端，共射极放大器具有较高的电压和电流增益，同时，在实际分析中根据经验可以简化输入电阻和三极管内阻。

关键词：共射极放大器;

01共射极放大器的直流分析

如图1-1是共射极放大器的基本威廉希尔官方网站 图：

图1-1 共射极放大器威廉希尔官方网站 图

图1-1就是共射极放大器的典型威廉希尔官方网站 ，其中电容C1、C3分别作为输入、输出耦合电容，电容C2与射极电阻RE2并联，称为旁路电容(bypass
capacitor)。旁路电容的存在，使得交流状态下电阻RE2被短路，而降低三极管射极串联电阻的阻抗，从而提供放大器的增益。图1-1中，把10mV的正弦信号Vs作为输入信号Vin通过耦合电容C1送进放大器中，经过放大器的放大，期望从输入端负载RL两端获得输出信号Vout。

为了确定图1-1所示共射极放大器的静态工作点，先把直流等效威廉希尔官方网站 画出来，由于电容C1、C2、C3在直流分析中相当于断开，所以输入信号Vs、输出负载RL、旁路电容C2自身都被排除在直流等效威廉希尔官方网站 之外，如图1-2所示：

图1-2 共射极放大器的直流等效威廉希尔官方网站

首先需要判断并计算分压器提供的基极电压VB：

根据经验得输入电阻为：

如果并联的两个电阻中有一个阻值是另一个的10倍或者以上，则并联总电阻狠接近阻值很小的那个电阻，所以，如果三极管的输入阻抗Rin>=10R2，那么式(1.1)可简化为：

所以式(1.2)可为：

所以可得分压器偏置的静态工作点电压VBQ为：

那么三极管射极的静态工作点为：

那么根据欧姆定律可得三极管发射极、集电极静态工作点电流IEQ、ICQ为：

所以，可计算三极管集电极静态工作点VCQ为：

VCQ=5.3V说明，没有交流信号输出时，三极管的集电极上的静态工作电压为5.3V，一旦有交流信号输入放大器，将会在集电极输出上形成一个5.3V上、下变化的输出信号，如图1-3所示：

图1-3 输出交流信号波形图

02共射极放大器的交流分析

放大器的电压增益需要在交流环境中考虑，所以在进行交流分析之前，需要了解以下3条法则：

1、假设在交流信号下，耦合电容和旁路电容的容抗都为0，在交流分析中，电容可以视为短路;

2、假设电源Vcc内阻为0，仅在交流分析中，Vcc视为与地短路;

3、仅在交流分析中，需要考虑三极管的内阻re’.根据以上三条法则就可以得到共射极放大器的交流等效威廉希尔官方网站 ，如图1-4所示：

图1-4 共射极放大器的交流等效威廉希尔官方网站

图1-4对比图1-1，由于耦合电容C1和C3视为短路，所以输入信号Vs直接进入放大器的b极、输出信号Vout直接进入负载RL，又因为旁路电容C2也视为短路，所以射极上的电阻RE2被短路，只剩下了RE1.由于Vcc视为与地短路，原来与Vcc相连的电阻R1和Rc的一端接地。另外，三极管的呢组re’出现在等效威廉希尔官方网站 中。

由图1-4可以计算电压增益为：

式(1.9)中Rc||RL代表的是电阻Rc与负载电阻RL并联的总电阻，re’为三极管的内阻，RE1为射极串联的电阻。

在直流环境中，三极管并存在阻抗，而到了交流环境中，情况略有不同，在射极和基极之间出现了一个三极管内阻re’，如图1-5所示：

图1-5 三极管内阻re’

re’在分析放大器的增益、输入阻抗时都会涉及，是一个比较重要的物理量，re’的阻值并不固定，而是由射极电流IE决定，近似计算为：

在直流分析中算的IEQ=0.47mA，所以可以计算：

所以代入式(1.9)可以求得增益为：

即图1-1所示的共射极放大器电压增益为35，就是说，如果输入10mV的正弦信号，则从输出端就可以获得一个10mV×35=350mV的正弦信号，且输入、输出信号之间有180°的相位差。

03仿真威廉希尔官方网站 验证

如图3-1是根据图1-1搭建的仿真威廉希尔官方网站 模型：

图3-1 仿真威廉希尔官方网站 模型

如图3-1是输入信号10mV(有效值)、1KHz，经过放大威廉希尔官方网站 并使用示波器测量的电压波形如图3-2所示：

图3-2 测量波形图

如图3-2所示，输入信号幅值约为28mV，输出信号为971mV，放大倍数为：

同时通过观察波形，发现输入信号经过放大的同时还产生了180°的相差，即输入、输出信号之间反相，同时验证了威廉希尔官方网站 的正确性。