共射极放大电路原理及设计

1、共射极放大电路原理：

1)观察共射极放大电路静态参数

如下电路图，电路没有输入输出信号，三极管Uce电压比较大，说明三极管并未完全导通。基极有很小电流Ib=8.5uA，集电极电流Ic=943uA，电流放大倍数约为110倍。

此电路原理是，在静态基础上增大或者减小三极管的基极电流，控制三极管的导通程度，进而控制输出电压。

2)观察共射极放大电路波形

现在我们增加输入信号，这里是1KHz，峰峰值500mV信号，测量输出波形相位相反，幅值增大，如下：注意图中的黄色标签为动态参数请忽略。

放大倍数A = 937/491 = 1.9倍。

测量基极和射极波形如下，发现Ub总是比Ue高出0.7V左右。这个压差不是不变的，只是变化非常小，具体参见前面文章《三极管原理》。实际上不同型号的三极管这个压差也不同，但都可以近似按照0.7设计电路。

3)共射极放大电路放大倍数推导

由上面的实测波形可知，基极与射极差值固定，约0.7V，因此基极输入动态信号时，基极变化量等于射极变化量：

因此，射极电流变化量：

射极电流和集电极电流几乎相等，得出集电极电阻两端电压变化量：

又因为集电极电阻一端电压固定，因此集电极电压变化量和电阻两端电压变化量相等。

最终得出放大倍数：

注意1：这里放大的是基极变化量，不是基极电压，不少朋友一直这么认为，千万注意。

注意2：共射极放大电路放大倍数和三极管的电流放大倍数没有关系。

2、共射极放大电路设计：

1)设计要求

输出最大峰峰值：1V

放大倍数：2倍

2)静态时设计原则

一般情况下静态时Ic设计为1至几mA。

因为Ube随基极电流变化，而且Ube和温度相关，为负温度系数，Ube变化Ue跟随变化，因此要求Ue电压要远远大于Ube变化值，使Ube的变化值可以忽略，一般情况下Ue为1~2V即可。

3)开始设计

选择Ic = 1mA，Ue = 2V，没错就是直接选择。

1))计算Re

Re = 2V/1mA = 2kΩ

2))计算Rc

设计要求放大倍数为2倍

A=Rc/Re，因此Rc = A*Re = 2*2kΩ = 4kΩ

3))计算静态时Ub

Ub = Ue + 0.7V = 2.7V

4))计算供电电压

静态时集电极电阻压降为：

Urc = 1mA * 4kΩ = 4V

假定供电电压为U，静态时输出电压：

Uout1 = U - Urc = U - 4

饱和时Uce几乎为0，因此输出电压为Rc和Re分压：

Uout2 = U/3

截止时三极管关断，输出电压为U

Uout3 = U

为了直观一些，把三个电压放入图表中：

设计要求输出电压峰峰值能够达到1V，观察Uout3和Uout1之间压差为4V，肯定满足，只需要求Uout1-Uout2>0.5V即可

U-4 - U/3 > 0.5

U > 6.75V即可，小于此值时输出负半轴被削去一部分。

5))计算静态时基极偏置

要求基极偏置电流远远大于基极电流，一般大于10倍称之为远远大于，这样基极电流就能忽略不计。一般三极管电流放大倍数为几十至几百不等。其实这不影响电路设计，我们直接按照100倍计算。

三极管电流放大倍数β=100

Ib = 1mA/100 = 0.01mA

确定偏置电流

Ibias = 0.01mA * 10 = 0.1mA

计算R2

R2 =Ub/0.1mA = 2.7V/0.1mA = 27kΩ

计算R1 + R2 = 6.75V/0.1mA = 67.5kΩ

R1 = 40.5kΩ

按照以上计算的参数静态时仿真结果如下：

仿真结果显示，Re压降并不是设定值2V，Ub也是不是2.7V，Ic也不是1mA，但是都比较接近。这是由于以上计算都是基于基极电流Ib太小忽略不计得出的。Ib这个小电流，会把R1和R2的分压值拉低一些，变为2.56V，同样因为Ub被拉低，Uc就变高一些，不过这不会带来严重问题。

现在我们尝试减小R1为37K，增大偏置电流，各项参数符合设计值，静态时仿真结果如下：

以上参数都是计算值，根据实际情况，电压源调整为7.5V常用电压源，Rc调整3.9K常用电阻。电压源调整，偏置电路需要重新计算，才能保证Ub约为2.7V。

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

R1 = 75K - 27K = 48K，这里选择47K常用规格

静态时仿真结果如下：

6))现在来测量一下输入输出波形：

实际放大倍数：

A = 937.8/492 = 1.91基本符合预期，也基本达到了1Vpp的要求。

7))降低电源电压方法：

如果觉得7.5V电压有点高了，计算时根据实际情况适当减小Ue，以下是Ue = 1V，Ic = 1mA时的计算结果。

Re = 1K

Rc = 2K

U > 3.75V，这里选择5V

R1 = 17K，这里选择常用规格电阻18K

计算R1

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

R1 = 50K - 17K = 33K

A = 947.7/491.1 = 1.93基本符合预期，也基本达到了1Vpp的要求。