初级模拟电路：3-6 共射放大电路-1（固定偏置的直流分析）

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      BJT共射级电路放大器是比较经常使用的一种放大电路，不一样于前面的共基级放大器单一的电路形式，共射级放大器的设计比较灵活，历史上人们曾经设计出过不少各类各样的共射级放大器。最经常使用的是如下三种形式的共射放大电路（见下图3-06.01）。通常只要掌握了这三种电路的共通分析方法，那之后再遇到其余比较偏门的共射电路时，咱们也能够按照咱们已掌握的共通方法，分析出其基本电路特性。

图 3-6.01 

 

1.   固定偏置

      固定偏置（fixed-bias configuration）是最简单的共射放大电路结构，咱们现以npn型晶体管为例对齐进行直流分析。

 

（1） 输入静态工做点

      咱们将固定偏置的共射放大电路重画于下，在直流分析（静态分析）时，可将动态输入电压vi视为0。

图 3-6.02 

      对于输入端回路，BJT的发射结正偏，咱们采用简化分析模型，假设VBE固定为0.7V。所以在输入回路可得：

      上式的IB即为输入端的静态工做电流，在上式中咱们能够取合适得RB，而获得一个比较合理得IB值（通常为几个微安级）。

 

（2） 输出静态工做点

      输出静态工做点，即为求VCE和IC，咱们将输出回路的电压电流关系画于下图：

图 3-6.03 

      当BJT工做于正常的放大区时：

      在输出回路可得：

      上两式中的VCE和IC即为输出的静态工做点。

 

（3） 饱和条件

      在共射电路中的饱和条件与共基电路稍有不一样，在共基电路中，VCE<0会进入饱和，而在共射电路中，只要VCE<VCEsat（通常咱们常近似取为0.3V），晶体管就会进入饱和。所以，咱们能够算出此时的集电极饱和电流ICsat，

      当共射电路的进入饱和时，输入端IB的继续增大不会使输出电流IC继续增大，虽然不会像共基电路那样损坏晶体管，但会使基极电流IB与射极电流IC之间的放大倍数小于原来的β参数。

 

（4） 固定偏置的缺点

      固定偏置的优势是：结构简单、概念清晰。可是咱们通常不多将固定偏置电路直接应用于实际设计，缘由在于固定偏置电路有一个致命的缺点：就是工做点不稳。

      前面曾经说过，因为半导体器件加工工艺的限制，通常参数都会偏离标准值，好比对某个BJT来讲，放大系数β在50~200范围内都算正常，整整差了4倍。那么根据上式：

      一样的电路，输出静态电流IC就会差整整4倍，输出静态电压VCE也会有较大范围的变化，由此带来的电路功耗、放大倍数等一系列性能也会跟着变化，这样不稳定的性能是没法在实际产品中使用的。

 

2.   改进的固定偏置

 

（1） 负反馈的做用

      在固定偏置的发射极增长一个射极电阻RE，能够大大提升电路的稳定性，以下图所示，这种形式的电路也能够称为射极偏置（emitter-bias Configuration）：

图 3-6.04 

      这种设计称为“负反馈”设计，负反馈设计是一个很庞大的话题，这里你能够先简单将其理解为：负反馈结构的电路自己有一种稳定做用，当某种非正常因素（好比β值偏移，温度影响等等）致使电路工做点偏移时，负反馈结构会迫使电路工做点回向正常值方向移动，从而减少偏移值，提升稳定性。

      咱们这里先粗略定性地看一下射极电阻RE对提升电路稳定性的做用：

      （1）当放大系数β增大致使IC增大时，流过RE的电流IE也会增大，由此会致使E点的的电压VE升高。

      （2）当VE升高，因为VBE保持固定值0.7V不变，所以结果致使B点电压VB升高。

      （3）VB升高，但VCC不变，由此致使RB两端的压降减少，从而致使输入电流IB减少。

      （4）IB的减少最终会致使IC的减少，抑制了前面因β增大致使IC增大的效应，所以提升了电路的稳定性。

      固然，若是你若要深究的话，又会发现：IC的减少会致使IE的减少，再致使VE的减少和VB的减少，而后又使得IB增大……那么，究竟哪一个对最终结果的影响力更大些？这个就须要下面的定量分析了。

 

（2） 静态工做点分析

图 3-6.05 

● 先看输入回路：

      输入回路的关系式为：

      解得：

 

● 再看输出回路：

      当BJT工做于放大区时：

      输出回路的关系式为：

      为简化计算，设IE≈IC，最终解得：

 

● 关于简化运算的说明：

      这里你可能还有一点小疑惑，为何在输入回路中，不把(1+β)简化成≈β，不去掉那个1？而在输出回路中，却作了IE≈IC¬的简化，去掉了那个1呢。其实理由很简单：输入回路的计算式中，即使留着那个1，计算起来也不麻烦，因此就放着了。而在输出回路的计算式中，留着那个1算起来稍微有点麻烦了，因此就把它给去掉了。

      听着是否是很随意呢？其实这就是工程中模拟电路的魅惑点所在。由于实际的模拟电路要面临不少的不肯定参数的影响（好比，常规使用的电阻都是5%的偏差等级的；BJT等半导体器件的参数甚至会有50%以上的误差；受温度影响，不少参数也会偏）。你辛辛苦苦算出来的精确解，仅一个5%的电阻阻值误差就能够把结果给带偏。因此，太精确的计算有时并非很必要，不少计算均可以做简化。那么，究竟对哪些部分能够作简化，哪些部分不做简化呢？这个在很大程度上取决于设计者本人的经验（或者说直觉）。

      因此，有时你能够看到在一些不一样的模电教材上，对于一样形式的电路，不一样的做者会给出稍微有点不一样的公式，这个是由于他们各自取的简化点不一样。可是，分析原理确定都是同样的，并且他们的结果也都是可用的。这个随着你本人经验的增加，就会理解他们各自的作法了。

案例3-6-1： 在下图中，计算当β=50和β=200时的IB, IC, VCE，并进行比较。

解： （1）当β=50时：

      假设BJT工做于放大区：

      再来求VCE：

      验证：VCE1 > VCESat，说明前面关于BJT工做于放大区的假设正确。

 

（2）当β=200时：

      假设BJT工做与放大区：

      再来求VCE：

      验证：VCE2 > VCESat，说明前面关于BJT工做于放大区的假设正确。

 

（3）比较：

      当β1和β2相差4倍时：

      IC1和IC2只相差2.5倍，说明反馈电阻RE确实改善了电路的稳定性。

      另外，当β=200时，VCE2仅比饱和阈值VCESat (0.7V)大一点点，已处于放大区的边缘，还能够勉强工做。如果没有反馈电阻RE，BJT会早早地就进入饱和区，而不能起正常放大做用了。

 

（3） 饱和条件

      当VCE<VCESat时，晶体管进入饱和区。所以，咱们能够算出此时的集电极饱和电流ICsat，

      当IC>ICsat时，晶体管进入饱和。

     

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（ end of 3-6-1 ）