共射极放大电路是以晶体管的发射极作为输入回路和输出回路的公共端构成的单级放大电路。

1.电路的组成及各元件的作用

如图5-43所示为共射极交流放大电路，也称为分压式射极偏置电路或稳定静态工作点的共射极典型放大电路。输入端接交流信号源（通常可用一个恒压源us 与电阻Rs 串联的电压源等效表示），输入电压为ui；输出端接负载电阻RL，输出电压为uo。电路中各个元件分别起如下作用：

图5-43　共发射极放大电路

晶体管V：晶体管是放大电路中的电流放大元件，利用它的基极电流对集电极电流的控制作用，在集电极获得受输入信号控制、被放大了的电流。

集电极电源VCC：直流电源VCC除为放大电路提供能量外，还保证集电结处于反向偏置、发射结处于正向偏置，使晶体管工作在放大状态。VCC一般为几伏到几十伏。

集电极直流负载电阻RC：集电极直流负载电阻简称集电极电阻，主要是将集电极电流的变化变换为电压的变化，以实现电压放大。RC 的阻值一般为几千欧到几十千欧。

基极电阻RB1和RB2：它们的作用是为基极提供合适的静态基极电流IB，以使放大电路获得合适的静态工作点。另一方面，通过RB1和RB2的分压，使晶体管基极电位固定不变，达到稳定静态工作点的目的。RB1、RB2的阻值一般为几十千欧到几百千欧。

发射极偏置电阻RE：又称为电流负反馈电阻。将输出信号通过此电阻反送回输入端，减小净输入信号的大小。它主要起稳定静态工作点的作用。

耦合电容C1 和C2：它们起到隔直流的作用，用来隔断放大电路与信号源之间（C1）、放大电路与负载之间（C2）的直流通路，使三者之间无直流联系，互不影响。另一方面又起到交流耦合作用，保证交流信号顺利通过放大电路，沟通信号源、放大电路和负载三者之间的交流通路。通常要求耦合电容的容抗很小，在动态分析中可以忽略不计，即对交流信号可视为短路。因此电容值一般取得较大，为几十微法到几百微法，常采用的是有极性电容器，连接时要注意其极性。

射极旁路电容CE：为消除RE 对交流信号的影响，通常加旁路电容CE。要求它的容抗很小，对交流信号相当于短路。

2.放大电路的静态分析

当放大电路没有输入电压，即ui＝0时，电路中的电压、电流都是由直流电源VCC提供的不变的直流量，称电路为静止状态，简称“静态”。晶体管的各极电流及极间电压用晶体管的IBQ、ICQ、UBEQ、UCEQ 表示，称为放大电路的“静态工作点”。在近似估算中，常认为UBEQ为已知量，对于硅管，取|UBEQ|＝0.7V，锗管取为|UBEQ|＝0.3V。

静态分析的目的就是要求出在静态时晶体管各极电流和极间电压IBQ、ICQ、UCEQ，从而判断晶体管是否工作在放大区。

（1）静态工作点的计算

对直流量来说，耦合电容、旁路电容C1、C2、CE 相当于开路，且令ui＝0，则对应图5-43的直流通路如图5-44所示。

由图5-44，基极采用分压式偏置，在参数选择上，使分压电阻RB1、RB2中的电流近似相等且远大于IB（RB1和RB2相当于串联），I1≈I2≥IB，则可保持静态时基极电位VB 固定不变，即

图5-44　图5-43的直流通路

当VB≫UBEQ时有

由集电极回路可得

例5-11 在图5-43中，已知VCC＝12V，Rs＝600 Ω，RC＝3kΩ，RB1＝20kΩ，RB2＝47kΩ，RE＝1.5kΩ，RL＝6kΩ，β＝80，UBEQ＝0.7V，求静态工作点值IBQ，ICQ，UCEQ。讨论晶体管是否工作在放大区？ 如晶体管换成β＝200，工作点是否发生变化？

解 放大电路的直流通路如图5-44所示。由式（5-23）～式（5-26）得

因为0.3＜UCEQ＜VCC，保证了晶体管的发射结正偏、集电结反偏，故晶体管静态时处于放大区。

如果β 改为200，由上述计算可见，ICQ不变，只有IBQ减小，晶体管的静态工作点基本不变。

（2）静态工作点的作用

静态工作点设置得是否合适，直接关系到放大电路的工作状态。由图5-43的各点波形可见，如果静态工作点设置得过低，则叠加在其上的交流波形就要进入截止区，使输出波形与输入波形不相似，发生了失真。这种由于静态工作点选得过低使交流波形进入截止区而发生的失真，称为截止失真。对于NPN 型晶体管的单级放大电路，截止失真的波形如图5-45所示。

图5-45　截止失真

如果静态工作点选得过高，同样会发生失真。这时的失真波形如图5-46所示。这是由于交流波形进入饱和区而发生的失真，称为饱和失真。

图5-46　饱和失真

截止失真和饱和失真都是由于晶体管的非线性特性引起的，故都属于非线性失真。

对于放大电路的基本要求，一是不失真地传递信号，二是能够放大。如果输出波形严重失真，放大就毫无意义了。只有在信号的整个周期内，晶体管始终工作在放大状态，输出信号才不会产生失真。因此，有必要设置合适的静态工作点，以保证放大电路不产生失真。

例5-12 某放大电路的直流通路如图5-47所示，VCC＝12V，UBE＝0.7V，RC＝1.5kΩ，β＝40，RB＝50kΩ。求静态工作点，并判断晶体管的工作状态。

图5-47　例5-12图

解

UCEQ为负值，说明晶体管已处于饱和状态。一般来说当UCEQ≤0.3V 时晶体管即处于饱和状态，此时。

例5-13 某放大电路的直流通路如图5-48所示，判断晶体管的工作状态。

解 图5-48中，晶体管为NPN 型，基极所接电源电压为“－5V”，使得发射结反偏，则晶体管工作在截止状态。

图5-48　例5-13图

（3）静态工作点的稳定

由上述分析可知，静态工作点的设置，直接关系到放大电路能否正常工作（放大信号），因此静态工作点的稳定就显得十分重要。

由晶体管的工作原理知，当环境温度发生变化（－30～＋50℃）时，晶体管的参数（ICBQ，UBE，β）要发生变化，或者更换参数不同的晶体管时，都会使放大电路的静态工作点发生变化，使晶体管偏离放大区而产生非线性失真。在如图5-44所示的分压式射极偏置电路中，由于在选择电路参数时，使I1≈I2≫IB，且VE（发射极电位）正比于IC，VE≈ICRE，则由于环境温度升高可有如下的静态工作点的稳定过程：

温度升高

当晶体管的参数因外界因素的影响（例如温度的升降，或者更换晶体管）发生变化时，引起IC 增加，随之VE 也增加，而基极电位VB 固定不变，则UBE减小，使IB减小，结果IC 也减小，如果电路参数选得合适，可使IC 基本不变，达到稳定IC的目的。很明显，RE 愈大，IC 的变化引起VE 的变化也大，稳定静态工作点的效果就愈好。但是，RE 也不能取得过大，因为电源VCC选定以后，RE 愈大，UCEO会愈小，限制了晶体管的动态工作范围。一般选取

VB＝(5～10)UBE

具体地

VB＝（3～7）V（硅晶体管）

VB＝（1～3）V（锗晶体管）

静态时流过RB1、RB2的电流I1≈I2，一般取值

I1＝（5～10）IB（硅晶体管）

I1＝（10～20）IB（锗晶体管）

由例5-11可见，若将晶体管的β 值由原来的80改为200，只有IB 发生变化，静态工作点基本不变（IC 和UCE），即静态工作点是稳定的。

3.放大电路的动态分析

当放大电路输入端加输入电压ui（如ui＝sin（2πft））时，电路中的电压、电流随之变动的状态，称为“动态”。由于耦合电容、旁路电容C1、C2、CE 取值较大，其容抗很小，可视为短路。输入信号ui 没有衰减地加到晶体管的发射结上，因此发射结实际电压为静态值UBEQ叠加上交流电压ui，即uBE＝UBEQ＋ui，引起基极电流相应变化，iB＝IBQ＋ib，又使集电极电流随之变化，iC＝ICQ＋ic。集电极电压uCE＝UCEQ＋uce＝VCC－iCRC－ICQRE（设RL＝∞），当iC 增大时，uCE减小，即uCE的变化与iC 相反，所以经过耦合电容C2 传送到输出端的输出电压uo 与ui 相位相反。只要电路参数选取适当，uo 的幅值将比ui 的幅值大得多，达到放大的目的。对应的各极电流、极间电压波形也示于图5-43中。

表5-1列出了放大电路中常用的各种符号及其意义。

表5-1　放大电路中电压、电流的符号

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动态分析是在静态值确定后分析信号的传输情况，考虑的只是电流和电压的交流分量（信号分量）。微变等效电路法是动态分析的基本方法。

放大电路的微变等效电路，就是把非线性元件晶体管线性化，使放大电路等效为一个线性电路。这样，就可像处理线性电路那样来处理晶体管放大电路。线性化的条件，就是晶体管在小信号（微变量）情况下工作。由晶体管的特性曲线可见，在静态工作点Q 附近的小范围内，曲线近似为直线段，如果晶体管工作在小信号情况下，则可用直线段近似地代替晶体管的特性曲线，这样，可将晶体管看成线性元件。

（1）晶体管的微变等效电路

将晶体管线性化，就是用一个等效电路（也称为线性模型）来代替。下面从共发射极接法晶体管的输入特性和输出特性两方面来讨论线性化方法。

图5-49a是晶体管的输入特性曲线，当输入信号很小时，在静态工作点Q 附近的工作段可认为是直线。当UCE为常数时，ΔuBE与ΔiB 之比为

图5-49　由晶体管的特性曲线求rbe、β 和rce

①若是小信号微变量，可用电压和电流的交流分量来代替，即ube＝ΔuBE，ib＝ΔiB，uce＝ΔuCE，ic＝ΔiC。

称为晶体管的动态输入电阻，表示晶体管的输入特性。在小信号的情况下，rbe是一常数，由它确定ube和ib 之间的关系。因此，晶体管的输入回路可用rbe等效代替，如图5-50b所示。

图5-50　晶体管及其微变等效电路

低频小功率晶体管的输入电阻常用下式估算

式中，IEQ是发射极电流的静态值；rbb′为基区体电阻，常取100～300Ω；rbe一般为几百欧到几千欧，是对交流而言的一个动态电阻，在手册中常用hie表示。

图5-49b是晶体管的输出特性曲线，在线性工作区iC 近似为一恒定值，曲线近似平行于横轴的直线，几乎与uCE值无关。ΔiC 与ΔiB 之比为

即晶体管的电流放大系数，在小信号的条件下为常数，由β确定ic 受ib 控制的关系。因此，晶体管的输出回路可用一等效恒流源ic＝βib 代替，以表示晶体管的电流控制作用。

当ib＝0时，βib 也为零，所以它不是一个独立电源，而是受输入电流ib 控制的受控电源。β 取值一般在20～200之间，在手册中常用hfe表示。

此外，在图5-49b中还可见到，晶体管的输出特性曲线不完全与横轴平行，当iB为常数时，ΔuCE与ΔiC之比为称为晶体管的输出电阻。在小信号的条件下，rce也是一个常数。如果把晶体管的输出电路看作电流源，rce就是电流源的内阻，故在等效电路中与恒流源βib 并联，如图5-50b所示。由于rce的阻值很高（曲线越平坦，rce越大），约为几十千欧到几百千欧，所以在微变等效电路中常将其忽略不计，而用简化的晶体管线性化模型表示，如图5-50c所示。

（2）放大电路的微变等效电路分析法

放大电路的微变等效电路可用来分析放大电路的动态工作情况，也就是求电路的动态参数——电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等。因此可通过放大电路的交流通路得到其微变等效电路。

由前面分析可知，耦合电容对于交流量的容抗很小，在中频段可忽略不计，即电容对于交流量相当于短路。另外一般直流电源的内阻很小，可忽略不计，所以对交流量来说，直流电源也可视为短路。这样可得对应图5-43共射放大电路的交流通路如图5-51a所示。用晶体管的微变等效电路代替晶体管，就得到放大电路的微变等效电路，如图5-51b所示。

图5-51　图5-43放大电路的交流通路和微变等效电路

1）电压放大倍数

电压放大倍数 是指输出电压的变化量和输入电压的变化量之比。当输入正弦电压时，可用输出电压和输入电压的正弦相量来表示

放大倍数是衡量放大电路放大电信号能力的重要指标。

由图5-51b知

故

式中，“－”号表示输出电压与输入电压相位相反，与图5-43波形的相位情况是一致的。这说明共射极单管放大电路具有倒相的作用；R′L＝RC∥RL 为等效负载电阻。当外接负载开路，即RL＝∞时

为空载电压放大倍数，比有载时大。可见RL 越小，电压放大倍数越低。

值得注意的是，电压放大倍数只能在不失真的前提下求得。

2）放大电路的输入电阻ri

输入电阻ri 是指从放大电路输入端看进去的等效电阻，其定义为外加正弦电压与相应的输入电流之比，即

放大电路的输入电阻ri 是衡量放大电路性能的指标之一。ri 的大小表示放大电路从信号源索取电流的大小。ri 越大，放大电路从信号源索取的电流越小，放大电路所得到的输入电压Ui 越接近信号源电压US；亦即，信号源内阻上压降越小，信号电压损失越小。为减轻信号源的负担，一般希望放大电路向信号源索取的电流越小越好，即希望放大电路的输入电阻ri 越大越好，从放大倍数的角度说，同样希望ri 越大越好。

由图5-51b输入回路可得

式中，RB＝RB1∥RB2。实际上RB 的阻值比rbe大得多，因此这种放大电路的输入电阻基本上等于晶体管的输入电阻rbe，阻值较低。

放大电路的输出电压 与信号源电压 之比常称为源电压放大倍数。

可见，若ri 小，则源电压放大倍数比电压放大倍数减小很多，即信号源的利用率低。

3）放大电路的输出电阻ro

输出电阻ro 是指信号源短路（＝0）、内阻（RS）保留和输出端开路（RL＝∞）的条件下，输出电压的变化量与输出电流的变化量的比值（用有效值相量表示）。用来表示放大电路带负载的能力，也是衡量放大电路性能的指标之一。

求输出电阻的等效电路如图5-52所示。当＝0，＝0时，＝0，在原放大电路的输出端外加一恒压源，其输出电流为，则有

图5-52　求输出电阻的等效电路

RC 一般为几千欧，因此共发射极放大电路的输出电阻较高。

当放大电路外接负载电阻RL 后，负载两端实际得到的电压为

如果放大电路的输出电阻较大（相当于信号源的内阻较大），当负载变化时，输出电压的变化也较大，也就是放大电路带负载的能力较差，通常希望放大电路的ro 越小越好。ro 越小，说明放大电路带负载能力越强，即在负载变化时，输出电压基本保持不变。

例5-14 （1）求图5-43电路的；

（2）如果去掉射极旁路电容CE，再计算。

解 （1）根据放大电路的微变等效电路（见图5-51b）有

（2）如果去掉旁路电容CE 后，放大电路和微变等效电路如图5-53所示。显然对静态工作点无任何影响，而其动态特性会发生变化。

图5-53　例5-14图

结果表明，RE 会使放大倍数下降，但却使输入电阻显著增加，克服了有CE时ri 小的缺点，且RS 对的影响也减小了。因此，为了提高放大电路的输入电阻又不至于使放大倍数下降太多，常用CE 将大部分电阻旁路，而保留一个小阻值电阻不被旁路（见图5-72b）。