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常用的一种放大电路，不同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很多各种各样的共射级放大器。最常用的是以下三种形式的共射放大电路（见下图3-06.01）。一般只要掌握了这三种电路的共通分析方法，那以后再遇到其他比较偏门的共射电路时，我们也可以按照我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，我们现以npn型晶体管为例对齐进行直流分析。

（1）输入静态工作点

我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，我们采用简化分析模型，假设VBE固定为0.7V。因此在输入回路可得：

上式的IB即为输入端的静态工作电流，在上式中我们可以取合适得RB，而得到一个比较合理得IB值（一般为几个微安级）。

（2）输出静态工作点

输出静态工作点，即为求VCE和IC，我们将输出回路的电压电流关系画于下图：

图 3-6.03

当BJT工作于正常的放大区时：

在输出回路可得：

上两式中的VCE和IC即为输出的静态工作点。

（3）饱和条件

在共射电路中的饱和条件与共基电路稍有不同，在共基电路中，VCE<0会进入饱和，而在共射电路中，只要VCE<VCEsat（一般我们常近似取为0.3V），晶体管就会进入饱和。因此，我们可以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

固定偏置的优点是：结构简单、概念清晰。但是我们一般很少将固定偏置电路直接应用于实际设计，原因在于固定偏置电路有一个致命的缺点：就是工作点不稳。

前面曾经说过，由于半导体器件加工工艺的限制，一般参数都会偏离标准值，比如对某个BJT来说，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：

同样的电路，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无法在实际产品中使用的。

2. 改进的固定偏置

（1）负反馈的作用

在固定偏置的发射极增加一个射极电阻RE，可以大大提高电路的稳定性，如下图所示，这种形式的电路也可以称为射极偏置（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，这里你可以先简单将其理解为：负反馈结构的电路本身有一种稳定作用，当某种非正常因素（比如β值偏移，温度影响等等）导致电路工作点偏移时，负反馈结构会迫使电路工作点回向正常值方向移动，从而减小偏移值，提高稳定性。

我们这里先粗略定性地看一下射极电阻RE对提高电路稳定性的作用：

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

（2）当VE升高，由于VBE保持固定值0.7V不变，因此结果导致B点电压VB升高。

（3）VB升高，但VCC不变，由此导致RB两端的压降减小，从而导致输入电流IB减小。

（4）IB的减小最终会导致IC的减小，抑制了前面因β增大导致IC增大的效应，因此提高了电路的稳定性。

当然，如果你若要深究的话，又会发现：IC的减小会导致IE的减小，再导致VE的减小和VB的减小，然后又使得IB增大……那么，究竟哪个对最终结果的影响力更大些？这个就需要下面的定量分析了。

（2）静态工作点分析

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工作于放大区时：

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，为什么在输入回路中，不把(1+β)简化成≈β，不去掉那个1？而在输出回路中，却做了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，即便留着那个1，计算起来也不麻烦，所以就放着了。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，所以就把它给去掉了。

听着是不是很随意呢？其实这就是工程中模拟电路的魅惑点所在。因为实际的模拟电路要面临很多的不确定参数的影响（比如，常规使用的电阻都是5%的误差等级的；BJT等半导体器件的参数甚至会有50%以上的偏差；受温度影响，很多参数也会偏）。你辛辛苦苦算出来的精确解，仅一个5%的电阻阻值偏差就可以把结果给带偏。所以，太精确的计算有时并不是很必要，很多计算都可以作简化。那么，究竟对哪些部分可以做简化，哪些部分不作简化呢？这个在很大程度上取决于设计者本人的经验（或者说直觉）。

所以，有时你可以看到在一些不同的模电教材上，对于同样形式的电路，不同的作者会给出稍微有点不同的公式，这个是因为他们各自取的简化点不同。但是，分析原理肯定都是一样的，而且他们的结果也都是可用的。这个随着你本人经验的增长，就会理解他们各自的做法了。

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。