基本共射放大电路概念详解

在模电中，放大的对象均为变化量，即放大电路放大的本质是能量的控制和转换。

是在输入信号作用下，通过放大电路将直流电源的能量转换成负载所获得的能量，使负载从电源获得的能量大于信号源所提供的能量

电子电路放大的基本特征是功率放大，即负载上总是获得比输入信号大得多的电压或电流

能够控制能量的元件称为有源元件，因而在放大电路中必须存在有源元件，如晶体管和场效应管等

放大的前提是不失真，即只有不失真的情况下放大才有意义

晶体管和场效应管是放大电路的核心元件，只有它们工作在合适的区域（晶体管工作在放大区、场效应管工作在恒流区）才能使输出量与输入量始终保持线性关系，即电路才不会产生失真

放大电路通常以正弦波为测试信号

基本共射放大电路的工作原理

一.组成及各元件的作用

T：有源元件，即晶体管，场效应管等

VBB：使发射结电压UBE>Uon，使管子能够导通

Rb：作为限流电阻使回路有合适的电流，防止管子烧毁

VCC：使集电结电压UCE>=UBE，即使集电结反向偏置，让三极管工作在放大状态，同时作为负载Rc的电源，为输出提供所需能量

Rc：把动态的ic电流转化成电压变化

此时，集电极电流IC=βIB，集电极电阻RC上的电流等于IC，因此集电极上的电压为ICRC，从而确定了c—e间的电压UCE=VCC-ICRC

过程解析：

当ui不为0的时候，在输入回路中，必将在静态值的基础上产生一个动态的基极电流ib，相应的，在输出回路就得到动态电流ic，集电极电阻Rc将集电结电流的变化转化成为电压的变化，使得管压降uCE产生变化，管压降的变化量就是输出动态电压uo，从而实现电压的放大

二.设置静态工作点的必要性

1.静态工作点

由以上分析可知，在放大电路中，当有信号输入时，交流量与直流量共存。将输入信号为零，即直流电源单独作用时晶体管的基极电流IB、集电极电流IC、发射极电压UBE、管压降UCE称为放大电路的静态工作点Q，常将四个物理量记作IBQ、ICQ、UBEQ、UCEQ。在近似估算中，常认为UBEQ为已知量，硅管0.7V，锗管0.2V，而且认为穿透电流ICEO=0

在上图中，使交流电压为0，根据回路方程，可得到如下式子：

IBQ=(VBB-UBEQ)/Rb

ICQ=βIBQ

UCEO=VCC-ICQRC

2.设置静态工作点的原因

若不加直流电源VBB，即静态时将输入端A与B短路，必然得出IBQ=0、ICQ=0、UCEQ约等于VCC，此时集电结和发射结均反偏，晶体管处于截止状态。当加入输入电压ui时，若其峰值小于开启电压Uon，则在信号的整个周期内晶体管始终工作在截止状态，因而UCE毫无变化，输出电压为零，即使ui的幅值足够大，晶体管也只可能在信号正半周大于开启电压的时间间隔内导通，所以必然会出现严重失真

饱和失真：

截止失真：

即对于放大电路的最基本要求，一是不失真，二是能够放大

如果发生失真，那么放大就无意义，因此，设置合适的静态工作点，以保证放大电路不产生失真是必要的

三.工作原理以及波形分析

如图，静态时的IBQ、ICQ、UCEQ如图的（b）（c）中的虚线所示

当有输入电压ui时，基极电流是在原来直流分量IBQ的基础上叠加一个正弦交流电流ib，因而基极总电流iB=IBQ+ib，如图（b）中实线所画波形，根据晶体管基极电流对集电极电流的控制作用，集电结电流也会在直流分量ICQ的基础上产生一个正弦交流电流ic，而且ic=βib，集电结总电流ic=ICQ+βib。

可以看出，集电极动态电流ic必将在集电极电阻RC上产生一个与ic波形相同的交变电压。而由于RC上的电压增大时，管压降uCE必然减小，RC上的电压减小时，管压降uCE必然增大，所以管压降是在直流分量UCEQ的基础上叠加上一个与ic变化方向相反的交变电压uce。管压降总量uCE=UCEQ+uce，将管压降中的直流分量UCEQ去掉，得到一个与输入电压ui相位相反且放大了的交流电压uo，如图（d）所示。

从以上分析可知，对于基本共射放大电路，只有设置合适的静态工作点，使交流信号驮载在直流分量，以保证晶体管在输入信号的整个周期内始终工作在放大状态，输出电压波形才不会产生非线性失真。基本共射放大电路的电压放大作用是利用晶体管的电流放大作用，并依靠RC将电流的变化转化成电压的变化来实现的

四.放大电路的组成原则

组成放大电路时必须遵循以下几个原则：

1.必须根据所用放大管的类型提供直流电源，以便设置合适的静态工作点，并作为输出的能源。对于晶体管放大电路，电源的极性和大小应使晶体管发射结处于正向偏置，且静态电压UBEQ大于开启电压Uon，以保证晶体管工作在导通状态；集电结处于反向偏置，以保证晶体管工作在放大区。对于场效应管放大电路，电源的极性和大小应为场效应管的栅—源之间，栅—源之间提供合适的电压，从而使之工作在恒流区

2.电阻取值得当，与电源配合，使放大管有合适的静态工作电流

3.输入信号必须能够作用于放大管的输入回路。对于晶体管，输入信号必须能够改变基极与发射极之间的电压，产生△iB或者△iE。对于场效应管，输入信号必须能够改变栅—源之间的电压，产生△UGS。这样才能改变放大管输出回路的电流，从而放大输入信号

4.当负载接入时，必须保证放大管输出回路的动态电流能够作用于负载，从而使负载获得比输入信号大得多的信号电流或者信号电压

五.两种实用的放大电路

根据上述原则，可以构成不同的共射放大电路。

在实用放大电路中，为了防止干扰，常要求输入信号，直流电源，输出信号均有一端接在公共端，即“地”端，称为共地。

1.直接耦合放大电路

将基本共射电路中的基极电源与集电极电源合二为一，并且为了得了合理设置静态工作点，在基极回路又增加一个电阻，便得到了如图所示的共射放大电路

如图所示，电路中信号源与放大电路、放大电路与负载电阻均直接相连，故称为“直接耦合”，“耦合”即为“连接”。

将图示电路的输入端短路便可以求出静态工作点，并得到以下式子：

IBQ=(VBB-UBEQ)/Rb2-UBEQ/Rb1（注意输入端被短路，故是电源VCC提供电流，所以是流入Rb1，电流方向为右向左）

ICQ=βIBQ

UCEO=VCC-ICQRC

2.阻容耦合共射放大电路

前言：

在直接耦合共射放大电路中，电路中的Rb1是必不可少的，若Rb1=0，则静态时，由于输入端短路，IBQ=0，晶体管截止，电路不可能正常工作，Rb1，Rb2的取值与VCC相配合，才能得到合适的基极电流IBQ，合理的选取Rc，才能得到合适的管压降UCEQ。

当输入信号作用时，由于信号电压基本共射电路的Rb和直接耦合共射电路的Rb1上均有损失，因而减少了晶体管基极与发射极之间的信号电压，也就影响了电路的放大功能，同时，上述两种电路接入负载后，负载电阻不但有信号电压，还有直流电源作用的结果，即存在直流分量，需要去除，故引入新的电路，既解决了“共地”问题，又使一定频率范围内的输入信号几乎毫无损失地加到放大管的输入回路，而且负载电阻上没有直流分量，如图所示

如图，电容C1用于连接信号源与放大电路，电容C2用于连接放大电路与负载。在电子电路中起连接作用的电容称为耦合电容，利用电容连接电路称为阻容耦合，该电路称为阻容耦合共射放大电路。

由于电容对直流量的容抗无穷大，所以信号源与放大电路、放大电路与负载之间没有直流量通过。耦合电容的容量应该足够大，使其在输入信号频率范围内的容抗很小，可视为短路，所以输入信号几乎无损失的加在放大管的基极和发射极之间。可见，耦合电容的作用是“隔离直流，通过交流”。

将图示电路的输入端短路便可以求出静态工作点，并得到以下式子：

IBQ=(VBB-UBEQ)/Rb

ICQ=βIBQ

UCEO=VCC-ICQRC

电容C1上的电压为UBEQ，电容C2的电压为UCEQ，方向如图a所示，由于在输入信号作用时，C1上的电压基本不变，因此可将其等效成一个电池，如图b，这样，放大管基极与发射极之间总电压为UBEQ与ui之和。

注意输出电压uo等于集电极与发射极之间总电压减去C2上的电压UCEQ，所以uo为纯交流信号。

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