三极管共射极放大电路

共射极放大器是3个基本的双极结型晶体管用作电压放大器。该放大器的输入为基，输出为集电极，发射极对两个端子是公共的。
   发射极放大器的基本符号如下所示：’

发射极放大器
共发射极放大器配置
   如下图所示，晶体管的发射极对于输入和输出信号是公共的，PNP晶体管的布置相同，但是偏压与NPN晶体管相反。

共射极放大电路配置
二、共射放大器原理   下图电路显示了共射极放大器的工作原理，由分压器偏置组成，用于提供基极偏置电压。分压器偏置有一个带有2个电阻的分压器，连接的中点用于提供基极偏置电压。

共发射极放大器电路
   共射极放大电路中有许多不同类型的电子元件，这里简单介绍一下。
1、偏置电路/分压器   电阻 R1、R2 和 RE用于构成电压偏置和稳定电路。其中，R1用于正向偏置，R2用于产生偏置，RE用于热稳定性。
   偏置电路需要建立适当的工作Q点，否则，信号的负半周期的一部分可能会在输出中被截止。
2、输入电容（C1）   电容 C1用于将信号耦合到BJT的基极端子。如果不存在，信号源电阻 Rs 将遇到 R2，从而改变偏置。C1 仅允许交流信号流动，但将信号源与 R2 隔离。
3、发射极旁路电容（CE）   发射极旁路电容CE 与 RE 并联使用，为放大的交流信号提供低电抗路径。如果不使用它，则经过 RE 的放大交流信号将在其两端产生压降，从而降低输出电压。
4、耦合电容 （C2）   耦合电容 C2 将一级放大耦合到下一级。该技术用于隔离两个耦合电路的直流偏置设置。
5、共射放大器电路电流   基极电流 iB = IB +ib

IB = 无信号时的直流基极电流。

ib = 应用交流信号时的交流基极，iB = 总基极电流。
   集电极电流 iC = IC+ic

iC = 总集电极电流。

IC = 零信号集电极电流。

ic = 应用交流信号时的交流集电极电流。
   发射极电流 iE = IE + ie

IE = 零信号发射极电流。

Ie = 应用交流信号时的交流发射极电流。

iE = 总发射极电流
   上面所示的单级共发射极放大器电路使用的是“分压器偏置”。这种类型的偏置布置使用两个电阻作为电源上的分压器网络，其中心点向晶体管提供所需的基极偏置电压。分压器偏置常用于双极晶体管放大器电路的设计。

共射极电路
   这种晶体管偏置方法通过将基极偏置保持在恒定的稳定电压电平，从而实现最佳稳定性，从而大大减少了变化 β 的影响。Vb 由两个电阻 R1、R2 和电源电压 Vcc 形成的分压器网络决定，如上图所示，流过两个电阻的电流。
   那么RT将等于R1 + R2，电流为 i = Vcc/R T。电阻 R1 和 R2 结点处产生的电压电平将基极电压 ( Vb ) 保持在低于电源电压的恒定值。共发射极放大器电路中使用的分压器网络按电阻的比例对电源电压进行分压。使用以下简单的分压器公式可以轻松计算该偏置参考电压。
6、晶体管偏置电压

晶体管偏置电压
   由于电源电压相同，( Vcc ) 也决定了Ic ， Vce = 0晶体管的基极电流 Ib 由集电极电流Ic和晶体管的直流电流增益 β 求得。
7、β（直流电流增益）

β值计算
   晶体管的 β值（有时在数据表中称为hFE）定义了晶体管在共发射极配置中的正向电流增益。β是晶体管在制造过程中内置的电气参数。 β(h FE ) 没有单位，因为它是两个电流Ic和Ib的固定比率，因此基极电流的微小变化将导致集电极电流的较大变化。
三、共射放大器图解1、交流等效电路图   共射极放大器电路交流分析的第一步是：将所有直流源降为0，并短路所有电容来绘制交流等效电路。下图为交流等效电路。

共射极放大器电路交流等效电路
2、h参数等效电路   交流分析的下一步是用h参数模型替换交流等效电路中的晶体管来绘制h参数电路。下图显示了共射电路的 h 参数等效电路。

共发射极放大器的 h 参数等效电路
   典型的CE电路性能总结如下：

器件输入阻抗，Zb = hie

电路输入阻抗，Zi = R1 ||R2 || Zb

器件输出阻抗，Zc= 1/hoe

电路输出阻抗，Zo = RC ||ZC ≈ RC

电路电压增益，Av = -hfe/hie*(Rc|| RL)

电路电流增益，AI = hfe.RC.Rb/ (Rc+RL) (Rc+hie)

电路功率增益，Ap = Av * Ai
四、共射放大器特性1、电压增益

电压增益
   其中β是晶体管电流增益，hie是共发射极电路中晶体管的输入电阻。负号表示输出电压与输入电压异相 180°。
2、电流增益   电流增益 A i约为

电流增益
   同样，负号表示输入和输出信号之间的相位反转。
3、功率增益   功率增益 A p就是电流增益和电压增益的乘积：

功率增益
   功率增益不包括信号源中或将输出信号传输到除RL之外的负载时的功率损耗。只是R L中消耗的信号功率 与晶体管输入电阻 h ie 中消耗的信号功率之比。
4、输入电阻   输入电阻Rin为

输入电阻
5、输出电阻   输出电阻 Rout 可以通过以下方程:

输出电阻
   其中 hoe 是集电极和发射极之间的电导。如该等式所示，在这种情况下，输出电阻R out是作为电源的晶体管向负载R L呈现的电阻。从连接到输出端子v ce的设备来看，整个放大器电路的输出电阻 实际上是与R L并联的Rout。
   因此，共发射极放大器具有电压增益、电流增益、输入信号反相、低输入电阻和高输出电阻的特性。
五、共射放大器计算方法1、共射放大器计算案例一   共发射极放大器电路的负载电阻RL为1.2kΩ ，电源电压为12v。
问题：

计算晶体管完全“导通”（饱和）时流过负载电阻的最大集电极电流 ( Ic )。

假设Vce = 0。如果发射极电阻 R E两端有 1v 的压降，则还要找到发射极电阻R E的值。

假设使用标准 NPN 硅晶体管，计算所有其他电路电阻的值。


计算公式
   然后，这会在特性曲线的集电极电流垂直轴上建立点“A”，并在Vce = 0时发生。当晶体管完全“关断”时，电阻 RE或R L上没有压降，因为没有电流流过它们。那么晶体管两端的电压降Vce等于电源电压Vcc。这在特性曲线的水平轴上建立了点“B”。
   一般来说，放大器的静态 Q 点是零输入信号施加到基极时，因此集电极位于零伏和电源电压 ( Vcc/2 )之间的负载线的大约中间位置。因此，放大器 Q 点处的集电极电流将为：

集电极电流
   该静态直流负载线产生一个直线方程，其斜率给出为：-1/(R L + RE )，并且它在等于Vcc/(R L + RE )的点与垂直Ic轴相交。DC负载线上Q点的实际位置由Ib的平均值确定。
   作为集电极电流，晶体管的Ic也等于晶体管的 DC 增益 (Beta) 乘以基极电流 ( β*Ib )，如果我们假设晶体管的 Beta ( β ) 值为 100，( 100 是低功率信号晶体管的合理平均值）流入晶体管的基极电流Ib如下：

基极电流
   通常不使用单独的基极偏置电源，而是通过降压电阻 R1从主电源轨 (Vcc) 提供基极偏置电压。现在可以选择电阻 R1和R2 ，以提供 45.8μA 或 46μA 的合适静态基极电流（四舍五入到最接近的整数）。流过分压器电路的电流必须比实际基极电流Ib大，以便分压器网络不会受到基极电流的负载。
   一般经验法则是流经电阻 R2的值至少为 Ib 的10倍。晶体管基极/发射极电压Vbe固定为 0.7V（硅晶体管），则R2的值如下：

R2电阻计算
   如果流过电阻R2的电流是基极电流值的10倍，则分压网络中流过电阻R1的电流必须是基极电流值的11倍。即：I R2 + Ib。
   因此，电阻R1两端的电压等于Vcc – 1.7v（硅晶体管的 V RE + 0.7），等于 10.3V，因此 R1可以计算为：

R1电阻计算
   发射极电阻R E的值可以使用欧姆定律轻松计算。流经 RE 的电流是基极电流Ib和集电极电流Ic 的组合，计算公式为：

RE 电流计算
   电阻 RE 连接在晶体管的发射极和地之间，我们之前说过，其两端有 1 伏的压降。因此，发射极电阻 RE的值计算如下：


发射极电阻 RE
   因此，对于上面的示例，选择提供 5% (E24) 容差的电阻的首选值为：


电阻的首选值
   然后，我们上面原来的共射放大器电路可以重写，以包含我们上面刚刚计算的组件的值。

共射放大器
2、共射放大器计算案例一   问题：确定晶体管放大器电路中合理的电阻值。

首先，从晶体管的集电极特性曲线中选择所需的静态点。根据特性进行评估或在数据表中查找β、hie和hoe的值。

假设在所需的静态点（IC = 1 mA，UCE = 5 V）， β = 55，h ie = 2720 Ω， ho oe = 14 μS。

选择RL _根据增益要求和阻抗匹配，电流增益较高，电压增益适中，输出阻抗适中。
   对于本例，RL = 25 kΩ。RB 应大于h ie以防止通过偏置分压器损失过多的信号。因此，选择 RB = 25 kΩ。为了获得良好的稳定性，请选择 R E = R B /5 = 5 kΩ。所需的直流电源电压为（假设I E ? I C）


直流电源电压
   偏置电压UBB应等于基极电压加上电压降 IBRB。UBB 因而为

偏置电压
   其中，对于硅晶体管， UBE = 0.7。UBB 也可以计算为

偏置电压
   R B1和 R B2 的并联组合是RB:

RB计算公式
   求解偏置电阻的前面两个联立方程， R B1 = 142 kΩ 和 R B2 = 30.3 kΩ。先前导出的晶体管放大器电压和电流增益公式也适用于该电路。放大器输出电阻为 1/ hoe与 R L并联。放大器输入电阻 与R B并联。
   注意：通过分压器R B1、 R B2的电流应至少为10 × I B。在我们的例子中，电流通过RB2