三極管共射極放大電路

共射極放大器是3個基本的雙極結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。分壓器偏置有一個帶有2個電阻的分壓器，連接的中點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用于構成電壓偏置和穩(wěn)定電路。其中，R1用于正向偏置，R2用于產生偏置，RE用于熱穩(wěn)定性。
   偏置電路需要建立適當?shù)墓ぷ鱍點，否則，信號的負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，則經過 RE 的放大交流信號將在其兩端產生壓降，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。該技術用于隔離兩個耦合電路的直流偏置設置。
5、共射放大器電路電流   基極電流 iB = IB +ib

IB = 無信號時的直流基極電流。

ib = 應用交流信號時的交流基極，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 = 應用交流信號時的交流集電極電流。
   發(fā)射極電流 iE = IE + ie

IE = 零信號發(fā)射極電流。

Ie = 應用交流信號時的交流發(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電阻作為電源上的分壓器網絡，其中心點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計。

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 由兩個電阻 R1、R2 和電源電壓 Vcc 形成的分壓器網絡決定，如上圖所示，流過兩個電阻的電流。
   那么RT將等于R1 + R2，電流為 i = Vcc/R T。電阻 R1 和 R2 結點處產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絡按電阻的比例對電源電壓進行分壓。使用以下簡單的分壓器公式可以輕松計算該偏置參考電壓。
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值計算
   晶體管的 β值（有時在數(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置的電氣參數(shù)。 β(h FE ) 沒有單位，因為它是兩個電流Ic和Ib的固定比率，因此基極電流的微小變化將導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，負號表示輸入和輸出信號之間的相位反轉。
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將輸出信號傳輸?shù)匠齊L之外的負載時的功率損耗。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。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載R L呈現(xiàn)的電阻。從連接到輸出端子v ce的設備來看，整個放大器電路的輸出電阻 實際上是與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、共射放大器計算方法1、共射放大器計算案例一   共發(fā)射極放大器電路的負載電阻RL為1.2kΩ ，電源電壓為12v。
問題：

計算晶體管完全“導通”（飽和）時流過負載電阻的最大集電極電流 ( Ic )。

假設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。

假設使用標準 NPN 硅晶體管，計算所有其他電路電阻的值。


計算公式
   然后，這會在特性曲線的集電極電流垂直軸上建立點“A”，并在Vce = 0時發(fā)生。當晶體管完全“關斷”時，電阻 RE或R L上沒有壓降，因為沒有電流流過它們。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“B”。
   一般來說，放大器的靜態(tài) Q 點是零輸入信號施加到基極時，因此集電極位于零伏和電源電壓 ( Vcc/2 )之間的負載線的大約中間位置。因此，放大器 Q 點處的集電極電流將為：

集電極電流
   該靜態(tài)直流負載線產生一個直線方程，其斜率給出為：-1/(R L + RE )，并且它在等于Vcc/(R L + RE )的點與垂直Ic軸相交。DC負載線上Q點的實際位置由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際基極電流Ib大，以便分壓器網絡不會受到基極電流的負載。
   一般經驗法則是流經電阻 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電阻計算
   如果流過電阻R2的電流是基極電流值的10倍，則分壓網絡中流過電阻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可以計算為：

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

RE 電流計算
   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算的組件的值。

共射放大器
2、共射放大器計算案例一   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。根據(jù)特性進行評估或在數(shù)據(jù)表中查找β、hie和hoe的值。

假設在所需的靜態(tài)點（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I E ? I C）


直流電源電壓
   偏置電壓UBB應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 也可以計算為

偏置電壓
   R B1和 R B2 的并聯(lián)組合是RB:

RB計算公式
   求解偏置電阻的前面兩個聯(lián)立方程， R B1 = 142 kΩ 和 R B2 = 30.3 kΩ。先前導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的電流應至少為10 × I B。在我們的例子中，電流通過RB2