共射极放大电路的波形和基本公式

一 共射极放大电路的波形

放大电路的作用是将小信号放大为大信号。下图是用三极管组成的放大电路。基极是信号输入，集电极是信号输出，发射极是公共端（地）。此电路称为共发射极放大电路。

输入信号Vin=2Vpp，输出信号Vo=6Vpp。电路的电压放大倍数是3倍，大约是9.5dB。看波形，输入信号和输出信号是反相的。

二 基极偏置电压

下图是Vin与Vb的波形。可以看出Vin与Vb的幅度和相位一致。只是在Vb上有2.6V的直流偏置电压。此电压称为基极偏置电压，由基极偏置电路R1和R2产生。C1的作用是 去除来自Vin的直流信号，只让Vin的交流信号通过。当交流信号通过C1后，由R1和R2组成的基极偏置电路，提供新的直流电压。C1称为耦合电路，它使Vin和Q1耦合起来。

三 基极-发射极电压

下图是Vb和Ve的波形。从交流角度看，Vb和Ve的幅度和相位一致，即Ve的交流成分与Vin的交流成分一致。即当在晶体管的基极上添加交流信号，从发射极得到的信号没有任何放大作用，放大倍数为1。

从直流的角度看，Vb和Ve之间有0.619V的差值。这就是前面提到的Vbe≈0.6V。

我们可以认为在晶体管的基极-发射极之间、基极-集电极之间都有连接二极管。在一般的放大电路设计中，使基极-发射极之间的二极管导通，使基极-集电极之间的二极管截止，基于这个原则来设置晶体管各个pin的偏置电压。晶体管无论是哪种类型或者用途（小信号、功率、低频、高频），只要它工作在放大区，肯定Vbe是一个定值，例如≈0.6V。

四 集电极输出

如下图，集电极的波形，被放大，而且相位与Vin/Vb/Ve相反。

晶体管各个pin的电流流动关系如下。因为ib很小，可以忽略不计。

ic=ib+ie≈ie

NPN晶体管和PNP晶体管的电流方向完全相反。

如下图Ve的电压是2V±1V，流过发射极的电流

Ie=[(2V±1V）/2KR]=1mA±0.5mA

因此流过集电极的电流Id=1mA±0.5mA。此电流在R3两端产生的压降是Id x R3=6V±3V。

V2是15V的直流电压，V2减去R3两端电压就是Vc电压。Vc通过C2隔直之后，就是输出电压了。

总结：

V1提供交流输入信号，R1和R2提供Vb的直流偏置电压。

二者组合成Q1的基极电压。基极电压减去基极-发射极之间的PN节压降[0.6V]，得到Q1的发射极电压。

由发射极电压和R4，得到发射极电流。

因为发射极电流≈集电极电流，可以得到R3两端压降。

V2减去R3两端压降，就是Q1的集电极电压。将此电压去掉直流成分，就是放大后的输出信号。

五 电路的直流电压公式

基于以上的分析和波形，整理共射极放大电路的直流电压公式。使用大写字母表示直流参数。

首先基极的直流电压VB是R1和R2对电源电压V2进行分压之后得到电位（注：此处有个前提，认为基极的输入阻抗非常高，流入晶体管的基极电流IB很少，可以忽略）

接下来发射极的直流电压VE比基极电压VB低，差值是VBE，通常VBE=0.6V

接下来是发射极上流动的直流电流IE

接下来集电极直流电压VC是电源电压V2减去R3两端的压降

六 电路的交流电压公式

使用小写字母表示交流信号。通过之前的描述已经知道，单看交流信号，Vin(V1)=Vb=Ve。即V1的交流信号，直接传递到晶体管的发射极。因此由Vin交流信号引起的发射极ie的交流变化部分△ie为：

则交流电流△ie在R3上产生的电压为：

C2将Vc的直流电压截断，输出的只有交流信号Vo

因此这电路的交流放大倍数Av是：

通过以上公式可以看出：该电路的交流放大倍数Av与晶体管的直流放大系数hFE无关，是由R3和R4决定的。

七 关于hFE

hFE是共发射极电流放大系数（通常简称为电流放大系数）。hFE的值越大越好，因为这意味着可以用较小的电流控制较大的电流。通常小信号通用晶体管的hFE是一百到数百，功率放大晶体管的hFE是数十到一百左右。不过即使是同一型号的晶体管，hFE也有分散性。此外想以微小电流来控制较大电流时，有hFE非常大的所谓超hFE晶体管，这种类型的晶体管差不多都是NPN型的。