晶体管电路设计第七贴 - 中科因仑“3+1”工程特种兵精英论坛

在第五贴和六贴中，我们分别将这个放大器的输入部分和输出部分拿出来进行了分析，并分别画出了它们的交流等效电路。那么今天我们将在前两贴的基础上分析一下这个放大器的工作条件和其工作参数。

首先，既然这是一个放大器，那么必然要有放大倍数。那么这个放大器的放大倍数是多少呢?大家一定知道三极管有一个重要的参数“hfe”，也就是我们常说的β值。我们现在假设图中这个三极管的β值是100。那么是不是说这个放大器就能把输入信号放大100倍呢？比如说，输入一个±10mV变化的信号，就能输出一个±1V变化的信号？事实上并不是这样的，如果三极管就这么简单的话，想来也不会难倒一大批人了。

要想搞清楚这个问题，我们先要对β值或hfe有一个清楚的认识。hfe这个词翻译成中文来说是“共射极交流电流放大系数”。看到没，很简单的三个字母包含着这么复杂的含义，从名称上我们就可以看出，这个hfe是针对电流而言的，它体现的是三极管的基极电流对其集电极电流的控制能力。这个数值的大小取决于其制作工艺，并不是说每一个三极管的hfe都一样，即使是同一型号同一批的任意两个三极管其hfe也不是一样的。

根据以前的学习和上面的介绍，我们可以知道，三极管所谓的放大实际上是指其对电流的控制而已。它本质上并不是直接由电压进行控制的，而是电流，大家一定要记住这点。至于我们日常所说的把电压放大，实际上是根据电流的变化做了一个转换。

大家来看一下这个图，如果大家看了前两个贴子就会知道，这张图是把输入和输出部分的交流等效图合在一起了。将一个三极管放大电路等效成这个样子有一个专业名称叫“微变等效”，是专门为使用h参数来推导三极管工作状态的过程。而这个h参数，是对三极管的非线性工作参数进行的一个线性化转换。以将复杂的微分方程变为相对简单容易理解的线性方程的一个中间过程。对我们理解三极管在电路中的作用很有帮助，所以我们拿来用一下。

电压源“V”，是指输入信号。R1，R2，Re，Rc分别对应电路图中的几个电阻。RL对应这个电路的负载。电流源“A”代表受基极电流控制的集电极电流。基极电流是细线，集电极电流是粗线。rbe是三极管的基极发射极动态电阻，这个电阻是我们第一次接触，在这里我们可以简单的认为它就是基极电流在流过三极管.时，在通过三极管基区以及发射结时对这个电流所产生的阻碍。它是从基极向三极管内部看进去的交流等效电阻，不能用发射结电压（0.7V）除于基极电流得到。它的大小有一个公式：

具体的推导我们这里不涉及了，大家只要知道，这个rbe是基极电流能对集电极电流进行控制的一个关键就可以了。而且这个电阻对于小功率管（小信号放大电路）来说大约在几百欧到几K欧左右，对于大功率管（功率放大电路）来说在几十欧，十几欧甚至几欧左右。

在这个图中，我们可以看到由输入信号所形成的三极管的基极电流经过了rbe和Re两个电阻。而三极管输出的集电极电流经过了Re，Rc//RL一共三个电阻。这两个电流的路径有一个共同点，就是都经过了Re。

好，准备知识完毕，那么来看一下，对于这个电路，我们最关心的电压放大倍数具体是什么东西。这个概念应该很好理解，简单说就是输出信号电压比输入信号电压大多少倍就是这个电路的信号放大倍数了（增益）。

现在来看下这个图，刚才已经说过了，电压放大倍数就是Uo与Ui的比值。注意，这两个电压都是信号，而且是瞬间变化量。我们把这个放大倍数用字母“A”来表示。

从图中可以很明显的看到，Ui是电阻rbe与电阻Re上的压降之和。那么这两个电阻上的压降可以求出来吗？当然可以，只要知道它们上面流过的电流就可以了。电阻rbe上面流过的电流一目了然，只有基极电流Ib，所以Vrbe=Ib*rbe。

从此图中也可以看到，Ib和Ic都流经了Re，所以Re上面的压降应该是这两个电流分别在Re上产生的压降的和（叠加定理）。也就是Vre=Ib*Re+Ic*Re=(Ib+Ic)*Re。

下面再来看看输出信号电压Uo。Uo就很简单了，就是集电极电流（Ic）在Rc与RL并联后的电阻上产生的压降。写成式子就是：Uo=-Ic*(Rc//RL)=- β*Ib*(Rc//Re)。也许有人会奇怪，为什么这里要加一个负号呢？大家图中标示的Ic的方向，是从集电极流向发射极的，与三极管中实际电流流向相同，而这个电流在流经负载RL时，所产生的压降是上负下正，与我们所定义的Uo上正下负正好相反，所以要加一个负号，以表示输出信号电压相位与输入信号电压相位是反相的。关于这个概念在书中第2.1.5小节有也有说明，大家可以参考着一起看。

现在我们来观察下这个式子。β是已知条件，一开始我们假设了是100。Rc和RL已经知道了都是10K。Re是2K，这个也是已经知道的。Rbe不知道，但我们上面给了公式要求出来很简单，但这里我们不用这么麻烦，只要知道对于小信号放大电路来说，这个rbe大约在几百欧到几K欧左右，基极电流越大，这个电阻就越小就可以了。这里我们假设它是1K欧，应该和真实情况差别不大。对比下Re要乘以1+β倍，在这里也就是101倍，那个1相比β很小，我们干脆忽略它。那么就变成了β＊Re，应该是200K，这个200K的电阻在有的书上叫做“发射极反射电阻”，也就是说将发射极电阻的作用反射到基极输入回路后的等效电阻。这个反射的概念很重要，它将陪伴我们学习模电的全过程，以后大家还会学习到，不仅是电阻，电容、电感的感抗也是可以反射的哦。

大家要注意一下，书上说5倍的时候可没有加负载哦！我们这里把负载也算进去了。好吧，我们假设一下，如果这个电路没有接负载，那么输出电压是多少呢？很简单，把RL去掉，直接用Rc除以Re，得5，这就是当这个放大器开路时的电压增益了。

在这里要说明的是，当我们用电压表去量这个输出电压时，电压表是接在输出端的，那么就相当于给这个接上了一个负载，这个负载就是电压表的内阻。而对于一般数字表来说，内阻一般是10M欧左右，相对于Rc来说很大，所以可以忽略对电路的影响。但是如果你用指针表的来测的话，它的内阻一般是20K欧/伏，甚至有些低档表只有10K欧/伏，如果你用5V档来测的话，对电路的影响就不可忽略了。

当然，用万用表测还要考虑到电路输出的是交流信号，要用交流档来测，而万用表的交流响应，一般都在400HZ左右，频率再高就更不准了。而示波器的阻抗是1M欧，相对万用表来影响就要小的多了。