2.4　三种基本组态放大电路

由于晶体管有3个电极，在实际应用中，一般是将一个电极作为信号的输入端，另一个电极作为信号的输出端，第三个电极则作为信号输入回路和输出回路的公共端。所以，按信号输入和输出回路公共端的不同，在实际应用中的放大电路，就有3种不同的组态（或者称为放大形式），即共发射极放大电路、共集电极放大电路和共基极放大电路。一个复杂的多级放大电路往往由这些基本组态放大电路组成，无论是在分立元件电路中还是在集成电路中，这些基本组态单元电路都得到了广泛应用。本节分别讨论3种基本组态放大电路的工作原理及其分析方法。

2.4.1　共发射极放大电路

1.分压式偏置放大电路

前面讨论的共发射极放大电路结构简单，该电路只要VCC和RB固定，IBQ也就是固定值，电路不能自动调节Q点，所以被称为固定偏置放大电路。此类电路在环境温度变化时，电路的静态工作点随之发生变化，从而引起输出动态范围的变化和产生非线性失真。因此，在实际的放大电路中必须稳定静态工作点。

图2.22所示为分压式偏置放大电路，又称射极耦合偏置电路。它是在固定偏置电路的基础上加了一个上偏置电阻，来实现稳定静态工作点的目的。

图中C1为输入耦合电容，C2为输出耦合电容，为了使交流信号顺利通过，C1、C2的容量取值较大，在低频放大电路中，一般采用电解电容，对交流信号可视为短路。CE为射极旁路电容，也可视为交流短路。RB1、RB2为基极偏置电阻，RE为射极电阻，RC为集电极负载电阻。利用RC的降压作用，将晶体管集电极电流的变化转换为集电极电压的变化，从而实现信号的电压放大。

2.静态分析

图2.23所示为图2.22的直流通路。

基极偏置电阻RB1和RB2分压来固定基极电位。设流过RB1和RB2的电流分别是I1和I2，且I1=I2+IBQ，为了稳定Q点，通常情况下，电路参数的选取（如RB1和RB2阻值的选择等）应满足I1>>IBQ、UBQ>>UBEQ。一般IBQ很小，所以可近似认为I1=I2，因此可得基极电压为

集电极静态电流和发射极静态电流分别为

基极静态电流为

晶体管集电极与发射极之间的管压降为

UCEQ=VCC-ICQRC-IEQRE≈VCC-ICQ（RC+RE）　　（2.4.4）

由上面的式（2.4.1）、式（2.4.2）可见，基极电位UBQ由直流电压源经RB1和RB2分压所决定，基本不随温度变化而变化。同时射极电阻RE来稳定ICQ，RE获得了一个反映集电极电流ICQ变化的信号，并将它反馈到电路的输入端，实现静态工作点的稳定。

3.动态分析

图2.22所示分压式偏置放大电路中，C1、C2、CE的容量都较大，对交流信号可视为短路。直流电源VCC交流内阻很小，对交流信号也可视为短路，因此可得图2.24（a）所示的交流通路，画出微变等效电路，如图2.24（b）所示。

（1）电压放大倍数

由图2.24（b）可知

式中 ，所以得出放大电路的放大倍数为

由式（2.4.5）可得出以下几点结论：

①式中负号“-”表示共发射极放大电路为反相放大，即输入电压与输出电压反向变化（相位相反）。

②由于，所以电路接入负载后会使电压放大倍数下降。RL越小，下降越多。

③值得注意的是，β增大，增大不明显。这是因为，β增大时，rbe也增大，所以增大不明显。

（2）输入电阻

根据放大电路输入电阻的定义，由图2.24（b）可得其输入电阻为

由上式可知，共发射极放大电路的输入电阻不高。

（3）输出电阻

根据放大电路输出电阻的定义，可将图2.24（b）画成如图2.25所示的电路。在图2.25中，输入端网络中无信号源，因此电路中无电流流过，即ib=0，而输入端网络中的受控电流源电流ic与ib的关系满足ic=βib=0，即受控电流源开路。因此，共发射极放大电路输出电阻为

输出电阻Ro的大小表明放大电路受负载影响的程度。Ro愈小，当负载RL变化时，放大电路的输出电压uo的变化愈小，即放大电路的带负载能力愈强。

由以上分析可见，共发射极放大电路的电压放大倍数高，输入电压与输出电压反相，输入电阻与输出电阻大小适中，因而应用广泛，常用作低频放大和多级放大电路的中间级。

【例2.3】　放大电路如图2.22所示，已知，RB2=10kΩ，RC=6kΩ，RE=1.3kΩ，RL=6kΩ，各电容的电容量足够大。试求：

①静态工作点Q。

②电压放大倍数、输入电阻Ri和输出电阻Ro。

解：①静态工作点的估算。根据式（2.4.1）～式（2.4.4）可得

UCEQ≈VCC-ICQ（RC+RE）=12V-1mA×（6kΩ+1.3kΩ）=4.7V

②求和Ro。由式（2.3.8）可得

由式（2.4.5）～（2.4.7）可得

Ro=RC=6kΩ

2.4.2　共集电极放大电路

1.电路组成和静态分析

共集电极放大电路是另一种基本放大电路，这种放大电路把输入信号接在基极与公共端“地”之间，又从发射极与“地”之间输出信号，所以也称为射极输出器。图2.26所示为典型的共集电极放大电路。图中交流信号ui从基极输入，产生变化的基极电流iB再通过晶体管得到放大了的iE，而变化的iE流过电阻RE得到变化的电压，从发射极输出。因为电源VCC对交流信号相当于短路，故集电极成为输入和输出的公共端。

图2.27所示为该共集电极放大电路的直流通路，由图可列出输入回路的直流方程为

VCC=IBQRB+UBEQ+IEQRE=IBQRB+UBEQ+（1+β）IBQRE

所以可得

ICQ=βIBQ≈IEQ　　（2.4.9）

UCEQ=VCC-IEQRE　　（2.4.10）

2.动态分析

画出图2.26所示射极输出器的交流通路及其微变等效电路，如图2.28所示。

（1）电压放大倍数

由图2.28（b）可得

式中， ，因此得出放大电路的放大倍数为

一般情况，故，这表明共集电极放大电路的输出电压与输入电压数值相近（uo略小于ui），且相位相同，即输出电压有跟随输入电压的特点，所以共集电极放大电路又称为射极跟随器或电压跟随器。

（2）输入电阻

由图2.28（b）可知

因此，共集电极放大电路的输入电阻为

（3）输出电阻

根据求输出电阻Ro的定义，可画出求Ro的等效电路，如图2.29所示。

由图可得

式中 。因此，可得输出电阻为

【例2.4】　在图2.26所示的共集电极放大电路中，已知VCC=12V，RB=120kΩ，RL=4kΩ，RS=100Ω，β=40。试求：

①静态工作点Q。

②电压放大倍数、输入电阻Ri和输出电阻Ro。

解：①由式（2.4.8）～式（2.4.10）可得放大电路的静态工作点为

ICQ=βIBQ=40×40μA=1.6mA

UCEQ=VCC-IEQRE≈12-1.6mA×4kΩ=5.44V

②由式（2.3.8）可得

由式（2.4.11）求得电压放大倍数为

由式（2.4.13）求得输入电阻为

Ri=RB//[rbe+（1+β）（RE//RL）]=120kΩ//[0.95+41×（4//4）]kΩ≈49kΩ

由式（2.4.15）求得输出电阻为

综上分析可见，出共集电极放大电路电压跟随特性好，输出电压与输入电压相位相同且幅度近似相等；电路无电压放大能力，有电流放大能力和功率放大能力；输入电阻大，减少了功率在信号源内阻上的损耗；输出电阻小，电路的带负载能力强。因此，射极跟随器常用作多级放大电路的输入级和输出级，另外还可用在高内阻的信号源和低阻抗的负载之间起到缓冲作用。

2.4.3　共基极放大电路

1.电路组成与静态分析

共基极放大电路如图2.30（a）所示，画出其直流通路如图2.30（b），交流通路如图2.30（c）所示。由交流通路可知，发射极和基极是输入端，集电极和基极是输出端，基极是输入、输出回路的公共端，故称为共基极放大电路。RB1和RB2基极分压偏置电阻，RC是集电极直流负载，RE是发射极电阻，起稳定静态工作点的作用，CB是基极交流旁路电容，C1和C2是耦合电容，RL是放大电路负载。

由图2.30（b）可知，共基极放大电路的直流通路与分压式偏置放大电路的共发射极电路的直流通路完全相同，故静态工作点的分析计算与共发射极电路一样，这里不再赘述。

2.动态分析

根据图2.30（a）画出共基极放大电路的微变等效电路，如图2.31所示。

由图2.31可得

因此得共基极放大电路的电压放大倍数为

由图2.31可得

因此，可得共基极放大电路的输入电阻为

在图2.31中，令uS=0，则受控源，视为开路，因此可求得共基极放大电路的输出电阻为

Ro≈RC　　（2.4.19）

综上分析表明，共基极放大电路电压放大倍数高，输出电压uo与输入电压ui同相；输入电阻小，输出电阻大。因此，在低频电路中共基极放大电路很少被选用，而常用在高频电路、宽频带电路和恒流源电路中

电路仿真测试：

打开Multisim，创建如图2.32所示仿真电路，测量电路的静态工作点、电压放大倍数、输入电阻、输出电阻及其频率特性；观察电路的饱和失真和截止失真现象，分析其原因。