共射级放大电路—实现最大输出振幅的方法竟如此简单
目录
1、基本知识介绍
2、实验分享
3、提高放大倍数的方法
4、如何设计才能实现最大输出振幅
5、拓展一下
文章主要分享在固定电源电压下，共射级放大电路如何才能输出最大振幅。文章所要传达的最重要的一句话：所谓共射级放大电路，是以发射极交流电位作为参考基准而进行放大工作的电路。
1、基本知识介绍
放大电路的作用是将小信号放大为大信号，例如将1Vpp信号提高为5Vpp—这就是信号放大。
晶体管和FET都可以用来组成放大电路，本文主要介绍晶体管放大电路。NPN和PNP晶体管因为有PN结的存在，所以我们可以把他们画成下面的表现形式更容易理解。
共发射极放大电路的特点是从基极输入信号，集电极取出信号，发射极作为公共端，这个公共端可能是地或者电源。图2是典型的共发射极放大电路。
在很多OP放大器中共发射极放大电路起着主要的放大作用。我们可以随便看看一些OP放大器datasheet中的功能框图“Functional Block Diagram”几乎都可以找到共发射极放大电路的影子。
例如TL071：
关于OP放大器的基本组成这里多说一些，一般包括差动电路，射级跟随器，共射级放大，推挽射级输出。初级的差动放大电路部分更多的是采用PNP，这是由于在IC情况下，制造出来的PNP晶体管噪声更少。（即使是通用的晶体管，其噪声也要比IC内部使用的晶体管噪声还要低）。
2、实验分享
利用图2的共射级放大电路进行分析。
有一些必要的知识需要指出（假设你已经会计算R1、R2、RC、RE的值）：
放大倍数Av = RC / RE，RE = RE1 + RE2（图7中有RE1，RE2）
IE ≈ IC；
晶体管基极发射极间的Vbe≈0.6V，实际使用时需要具体测量晶体管的Vbe；
我在实际搭电路前会进行电路仿真，仿真和实际搭建用的电源电压都是15V。仿真结果如下：
图3中的蓝色字体数据是各个电压节点的直流电压，这个直流电压应该跟计算静态工作点时的理论值相仿。静态工作点的值一般是指Vb，Ve，Vc，IE。
图4是电路的输出波形。
在图3仿真的基础上实际搭建电路测试。
图5中实际电路的各节点电压是（对比图3给出的节点值）：Vc=8.25V，Vb=1.72V，Ve=1.08V，Vce=7.17V，跟仿真结果差不多。图6中的红线是Vc点输出，黄线是Vb点的输入。增益Gain≈12。实际的器件跟仿真用的器件存在很多差异，所以在增益上也表现出了差异。
图4中Ve的输出波形DC电平就是图3中计算出来的≈980mV。图3中各个阻值的配置已经十分接近15V，增益大概是Gain=14，再大就要失真了。图3电路的电阻配置中，我特意将Ve的值设定的很小，设定在1V，因为Ve的值越小，那么从Vc取出电压的空间就越大。但是为什么不继续小下去呢，Ve设定在0.1mV，那从Vc取出的电压峰峰值岂不是可以更大？
事实并非如此。在设定Ve=1V的时候，Vc点的电压波动就会变的厉害，如果Ve更小，Vc的波动就更明显。图6的实际波形我用示波器做了处理所以看不出来有噪声波动。为了吸收基极-发射极间电压Vbe随温度的变化而使（集电极电流）稳定，RE的压降（即Ve点电压）必须在1V以上。这是因为Vbe约0.6V，然而它具有-2.5mV/°C的温度特性，由于Vbe变动，发射极点位也变动，集电极电流也发生变化，所以从集电极Vc取出的电压也发生变化，所以才有了Vc的波动。把Ve设定在2V，这种波动就会明显减小（可惜没留图）。
3、提高放大倍数的方法
如果想要信号最大化就要提高放大倍数，按照公式Av = RC / RE，通过改变RCRE不就可以改变放大倍数了吗？直接调整RCRE势必会改变原本设计好的静态工作点。因此为了不破坏直流电位关系而又提高交流增益，可以采取下图方法：
如图7所示，将RE一分为二，RE2通过C3交流接地，这样降低了发射极端的交流阻抗，增益计算改为Gain = RC / RE1。这样，直流增益保持不变，而又能提高交流增益。
4、如何设计才能实现最大输出振幅
在最大输出振幅时，如果电位关系成为消去波形的关系，则有必要调整Ve或则IC的设定来重新求出RC与RE。
最好的办法是将集电极电位Vc设定在VCC和Ve的中点。
本文开头说过“所谓共射级放大电路，是以发射极交流点位作为参考基准而进行放大工作的电路。”发射极交流电位就是以发射极波形的峰值为参考点。不是发射极波形的谷值，也不是直流电位Ve（以直流电位Ve为参考基准也行，电位容易计算，放大设计上也有裕量，用峰值是为了追求极限），那么集电极电位Vc应该设定在VCC=15V和发射极交流波形的峰值之间。图4中，发射极波形交流电位峰值≈1.5V。则Vc = (15 + 1.5) / 2 = 8.25V。跟仿真波形和示波器波形近似相等。在设计静态工作点时应该将Vc设定在8.25V附近会实现最大输出振幅。
5、拓展一下
共射级放大电路由于存在一定量的发射极电位，使得Vc输出的最终波形的谷值不能近似0V，那有没有办法能将波形拉到0V附近？仿真图和仿真结果验证了可以把波形拉到0V，只是还没有搭电路测试。
由图9可以看出，在发射极引入负电源后可以将输出波形拉到0V附近。
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