双极型晶体管电路 电压和功率放大电路
共射极放大电路
如图1所示的电路称作共射极放大电路。这个电路的重要组成部分是：
1. 偏置电路由电阻R1和R2以及电压源Vcc组成 2. 耦合电容C1.
3. 通过晶体管的集电极和发射极电阻使电路平衡
C1
vi
图 1. 共射极放大电路
共射极放大电路是晶体管放大电路中最常使用的一种形式。
分析任何放大电路都需要遵循的程序如下：
1. 对电路进行直流分析并确定理想条件的工作点（Q点）
2. 对电路进行交流分析。获得电压增益
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直流电路分析
偏置电路( R1和R2 )决定了电路的Q点。它的直流等效电路如图2所示。
VCC
VB
RTH
I BQ
VTH
RC
I EQ
RE
图 2. 共射极放大器的直流等效电路
参数ICQ，IBQ，IEQ和VOQ是直流工作点-Q点对应的值
考虑到BJT模型工作在直流的条件下，我们可以对电路进一步简化。如图3所示。我们假设BJT适当 偏置，并且工作在放大区。电压VBE ( on )对应于pn结的压降为0.7V。
CICQ
β I BQ
B
I BQ
re
V BE(on)E
图3. 一个npn型BJT管的直流模型
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对于BE之间的部分我们用如图4所示的补偿模型。电阻re为
re =VT
IE
(1.1)
其中VT温度的电压当量， ，室温下它的值为VT = 26 mV。re 通常是阻值为几欧姆的小电阻。
图 4
加上BJT的直流模型(图3 )后，共射放大器的直流等效电路转化为
VCCRC I CQ C
V0Qβ I BQ
RTH
VBB
I BQ
re
VTH
E
V BE(on)RE
I EQ图 5
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由于晶体管工作在放大区，因此Q点可以由对B-E回路和C-E回路利用KVL定律来确定。方程为：
B-E Loop: ⇒ VTH = I BQ RTH + VBE ( on ) + I EQ RE
(1.2)
C-E Loop: ⇒ VCEQ = VCC − I CQ RC − I EQ RE
由方程式 (1.2) 和 (1.3) 可以得到Q点
交流电路分析
如果一个小信号vi叠加到电路的输入端，输出信号就会在Q上叠加一个信号。并且如图6所示这个信号取决于vi.
VCCRC
C1RTH
vi
VTH
RE
IEQ + i e
ICQ + i cVB
ICQ + i c
V0Q + vo
图 6
利用叠加定理，电压VB可以下面方法得到：
在这种情况下电容器C1和电阻RTH组成了一个高通滤波器，1. 设 VTH = 0 这时计算取决于vi ( VB1 )。
并且由于C1的电容值非常高，所以滤波器会允许所有的vi值通过，因此VB1=vi
2. 令 vi=0 这时计算由于于VTH ( VB 2 )产生的结果。在这种情况下VB 2 = VTH 因此叠加得到
VB = vi + VTH
(1.4)
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现在将所有的直流电源置零后就可以得到交流等效电路。得到的电路如图7 (a) 和 (b)所示。 下面考虑到BJT管的交流模型（图 8），共射极放大器的交流等效电路如图 9所示。
RC
ic
ic
Ro
ib
Ri
ib
+vo+v
ce+
v ce+ +
v be -
v be - RC
vo vi
--vi
- RTH
ie
RE
RTH
ie
RE
(b)
(a)
图 7. 共射极放大器的交流等效电路
Cic
β ib
B
ib
re
图 8. npn型BJT管（T模型）的交流模型
icRC
C
+
vo
-
β ib
ib
B
re
Evi
RTH
ie
RE
图 9. npn型BJT管交流模型的共射交流等效电路模型
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如图 9所示的电路的放大器的增益为
对 β >> 1 且 re << RE 增益减小到
RC
Av ≅ −
RE
现在让我们考虑去掉发射极电阻的效果。首先，我们会看到增益将急剧增大，这是因为re通常很小（几欧姆）。这似乎是有利的，直到我们认识到RE对于形成稳定的Q点是十分重要的。去掉RE后Q点完全取决于小电阻re，而小电阻会随着温度而波动，因而静态工作点不稳。对电路进行一个很简单的改进就可以解决这些问题：交流环境下去掉RE来增大放大器的交流增益，直流下加上RE可以获得稳定的Q点。如图10所示，这个办法可以用增加电容C2的办法实现。电容C2称作旁路电容。
VCC
R1C1
vi
RC
+vo -
R2
RE
C2
图 10. 加有旁路电容C2的共射极放大电路
直流条件下，电容C2相当于开路，因此不会影响直流分析且对电路不起作用。 交流条件下由于C2容值高，它对交流信号的阻抗影响可以忽略不计，因此想当于段路接地。这一条件意味着对于所有频段，C2的阻抗值要远远小于re的值
(1.7)
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输入阻抗
除了增益，输入电阻Ri 和输出电阻Ro是放大电路的另外两个非常重要的参数。两端口放大器模型如图11所示。
+ Ro
+ vi Ri
Av i
vo -
-
图 11. 双口放大器模型
共射极放大器的输入阻抗可以由下面的比值计算得出
Ri =vi
ii
其中有关参数如图 12所示。
icRC
C
+vo-
β ib
ii ie/β
B
Ri
re
Evi
RTH
ie
RE
图 12
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输入电阻是电阻RTH和BJT管的基极电阻的并联，而基极电阻等于(1 + β )(re + RE )
Ri = RTH //(1 + β )(re + RE )
输出阻抗
显而易见，放大器的输出阻抗是
Ro = RC
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(1.9)
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(1.10)
共集电极放大器（射极跟随器）
共集电极放大电路如图13所示。 这里从发射极输出，输出通过测量它与地之间的电压值而获得。
VCC
R1
C1
vi
RC
R2
RE
+vo -
图 13. 射极跟随放大电路
在这个电路中的所有分析方法都与在共射极放大电路（图 1）中采用的相同，唯一的不同点就是这时的输出在射极。
而直流的Q点分析也与共射极电路相同交流模型如图14所示。输出电压由下式得出
(1.11)
(1.12)
而增益变为
Av =voRE
=≅1 vi RE + re
icC
RC
β ib
iiRi
vi
RTH
Eie
RE
+vo -ib
B
re
图 14
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这个电路的重要之处不在于获得电压增益，下面研究一下这个电路的输入阻抗特性.
晶体管的基极阻抗为
Rib = (1 + β )(re + RE )
而输入阻抗又是由阻抗RTH和Rib并联得到的
(1.13)
Ri = RTH //(1 + β )(re + RE )
输出阻抗也可以参考图15而计算出来
(1.14)
icRC
β ib
ib
A
re i x
RTH
B-Eloop
+vx -
图 15
在图15中，我们去掉了射极电阻RE从而简化了分析。首先我们将利用RE计算出阻抗Rx，然后总的输出阻抗就为 RE 和Rx 的并联值
Rx 由下式得出
Rx =vx
ix
对节点A用KCL定律得 然后对B-E回路用KVL定律得 联立方程(1.15)， (1.16) 和(1.17)得到Rx
(1.17)
ix = −ib (1 + β )
(1.15)
(1.16)
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总的输出阻抗由横跨电阻RE得到
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(1.18)
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