共发射极放大器优化方案

分析放大电路时，一般要求解决两个方面的问题，即确定放大电路的静态和动态时的工作情况。静态分析就是要确定放大电路没有输入交流信号时，三极管各极的电流和电压。动态分析则是研究在正弦波信号作用下，放大电路的电压放大倍数、输入电阻和输出电阻等。

1.三极管放大电路的静态工作点的估算

三极管放大电路的静态值，即直流IBQ、ICQ、UCEQ的值在输出特性上反映为一个点，称为静态工作点Q。静态工作点的分析方法有估算法和图解法，此处仅介绍估算法。

静态工作点的估算可根据直流通路进行。图2-9所示为共发射极基本放大电路的直流通路，在静态工作点Q处的静态值为：

ICQ＝βIBQ

UCEQ＝UCC-ICQRC

式中：UBEQ为三极管发射结压降，硅管为0.6～0.7 V，锗管为0.2～0.3 V。在进行静态工作点估算时，需要把β值作为已知量。

例2-1

在如图2-9所示的共射极基本放大器中，UCC＝12 V，Rb＝300 kΩ，Rc＝3 kΩ，三极管β＝50，忽略发射结压降，试用近似估算法求该电路的静态工作点。

图2-9　静态工作点估算

解

基极电流为：

集电极电流为：

ICQ＝βIBQ＝50×40μA＝2000μA＝2 mA

集电极电压：

UCEQ＝UCC-ICQRC＝（12-2×3）V＝6 V

通过求出的IBQ、ICQ、UCEQ值，可在特性曲线上找出静态工作点Q。

思考题：三极管放大器交流分析时，主要参数有哪些？

2.微变等效电路分析法

三极管是非线性元件，不能采用分析线性电路的方法来计算三极管放大器。但是如果放大器输入信号电压很小，可以把三极管小范围的特性曲线近似用直线代替，从而把三极管放大电路作为线性电路来处理，这就是微变等效电路分析法。

1）三极管的微变等效电路

三极管的输入电压和输入电流的关系由输入特性曲线表示，如果输入信号很小，可以把静态工作点附近的曲线当作直线，即近似地认为输入信号电流正比于输入电压，用一个等效电阻来代表输入电压和电流的关系：

rbe称为三极管的输入电阻，它的大小与静态工作点有关，通常在几百欧至几千欧之间。对于低频小功率三极管，常用下式估算：

式中：IEQ为发射极静态电流。

在放大区内，输出特性曲线可近似看成是一组与横轴平行的直线，集电极电流与uCE无关，而只受基极电流控制。

因此三极管的输出电路可用电流源ΔiC＝βΔiB来等效表示，但ΔiC不是独立电源，而是受ΔiB控制的电流源，称为受控电源。

把三极管输入、输出特性的等效电路综合起来，就得到三极管的等效电路，如图2-10所示。利用这个线性等效电路来代替三极管，可使放大器的分析计算变得非常简单。

图2-10　三极管等效电路

微变等效电路分析只能用于动态，其静态分析仍应按直流通路进行计算。

要画出放大器的等效电路，先要画出其交流通路，然后用三极管等效电路取代三极管即可，图2-11所示为共发射极基本放大器的微变等效电路。

图2-11　共发射极基本放大器的微变等效电路

2）电压放大倍数Au的计算

放大倍数定义为输出电压与输入电压之比，即：

由图2-11可得输入电压为：

ui＝ibrbe

输出电压为：(www.xing528.com)

uo＝-ic（RC//RL）＝-icRL′

其中

所以

电压放大倍数说明了放大器的电压放大能力，它是放大器的一项很重要的性能指标，与静态工作点和负载大小有关。

3）输入电阻与输出电阻

放大电路输入端与信号源（或前一级放大电路）相通，输出端与负载（或后一级放大电路）相连，所以放大电路与信号源、负载之间是互相联系又互相影响的，这种影响可以用输入电阻和输出电阻表示。

（1）输入电阻ri是从放大器输入端看进去的等效交流电阻。对于共发射极基本放大器，其输入电阻为：

ri＝Rb//rbe

一般Rb≫rbe，所以ri≈rbe。

（2）输出电阻ro是从放大电路输出端（不包括负载电阻RL）看进去的交流等效电阻。对于共射基本放大电路，输出电阻为ro≈RC。

例2-2

已知图2-12所示电路的参数为：Rb＝330 kΩ，RC＝3.3 kΩ，RL＝4.7 kΩ，UBEQ＝0.7 V，UCC＝12 V，β＝50，试计算电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。

解

静态电流值：

图2-12　基本放大器电路计算

IEQ＝（1＋β）IBQ＝（1＋50）×34μA≈1.73 mA

三极管的输入电阻：

因为：

所以电压放大倍数：

输入电阻：

ri＝Rb//rbe≈rbe＝1.07 kΩ

输出电阻：

ro≈RC＝3.3 kΩ

例2-3

电路如图2-13（a）所示，已知Rb1＝20 kΩ，Rb2＝10 kΩ，RC＝2 kΩ，RL＝3.9 kΩ，Re＝2 kΩ，UBEQ＝0.7 V，UCC＝12 V，β＝50，求：（1）静态工作点；（2）放大电路的微变等效电路；（3）电压放大倍数Au；（4）输入电阻ri和输出电阻ro。

图2-13　分压式偏置电路的计算

解

（1）计算静态工作点。

UCEQ≈UCC-ICQ（RC＋Re）＝[12-1.65×（2＋2）]V＝5.4 V

（2）画出放大电路的微变等效电路，如图2-13（b）所示。

（3）计算电压放大倍数。

（4）计算输入电阻ri、输出电阻ro。