晶体管电路设计 第十三贴

李俊韬

在上一贴中我们分析了使用负电源的共射极放大电路，也对电容的极性和射极反馈电阻的作用进行了深入的了解，但是在实际应用中，我们会发现，共射极放大器会有很多的变化，也许多了一个电容，也许多了一个电阻，那么这些变化会对放大器的工作状态带来什么样的影响呢？我们来看今天的第一个例子，使用正负电源的电路。

我们先来看看这个电路与我们以前分析的电路有什么区别：

1、红色框部分，电源是正负电源。

2、输入耦合电容没有了，上下偏置电阻变成了一个10K电阻

2、蓝色框部分，发射极多了个串联在一起的电阻和电容

下面我们来一个一个的分析一下，首先第一个区别，电源是正负电源，那么什么是正负电源呢？其实就是我们所定义的“地”的不同，在前面的电路中，“地”是一个电路中的电位最低点（使用正电源的放大器）或最高点（使用负电源的放大器），而这里的“地电位”是介于电路中最高电压和最低电压之间，注意不是正中间，大多数的时候这个地是在正中间的，以有利于电路的设计工作，但个别电路也不一定要求“地”必须在电压的中点，这种情况在稳压电源的设计中经常会见到。

如果你对这个概念还不明白的话，看看下面这个图：

把上图两节电池串起来电压是多少呢？你会毫无疑问的说：2.4V，但是如果我们规定两节电池中间为“地”，也就是中间为0V，那么这组电池两端的电压是多少呢？相信这样大家能对正负电源的概念有个印象了吧。

那么在电路设计时使用正负电源有什么意义呢？这时我们需要再来看第二个区别，输入耦合电容没有了，三极管的基极直接通过10K电阻接地（0V）。

我们想一下，书中前面讲耦合电容作用的那部分内容。“隔直通交”，切断直流以免对前面或后面电路的直流工作点产生影响，这样我们在设计电路时可以单独的一级一级的设计，而不用考虑前后级的影响。这是使用耦合电容的优点，但是事物都是一体两面的，如果你认真看书的话，会发现在书中的第2.2.9和2.3.3小节有关于耦合电容对电路的影响，并给出了下面这个图。

通过书中的讲解，我们知道，耦合电容与放大器的输入阻抗在一起形成了一个高通滤波器，也就是说，过低频率的输入信号不能有效的被放大器放大。那么当我们省略掉耦合电容时，那么输入的信号即使是直流也会被放大器有效放大。当然事实并不是这么简单，还有很多问题要考虑，但这确实是拓展放大器低频范围的一个好办法，这种耦合方式叫做“直接耦合”。

那么10K电阻在这里扮演了一个什么角色呢？我们先假设一下，这个10K电阻开路（不存在），会出现什么情况？基极悬空了对不对，我们知道，三极管在进行放大时要有一个直接工作点以让其工作在线性区（放大区），当基极悬空时基极没有电流通过，三极管就直接在截止区了，这可不是一个很好的状态。

所以一定要给三极管一个基极电流才行，那么把这个10K电阻短路，直接让三极管接到“地”行不行呢？我们来看一下图：

如果三极管基极直接接地，输入信号从输入端输入时，直接到“地”，不经过三极管了，放大器也就没用了。而事实上，三极管的基极也并不是真的就是0V，因为那个10K电阻上会有基极电流流过，而基极电流很小，只有几十个微安，产生的压降只有几个毫伏，这个直流电压已经小到足可以让我们可以忽略它了。而当有信号输入时，输入信号会在10K电阻上流过而产生一个压降，同时信号电流流进三极管的基极，让三极管来进行放大。

至于有的人会问“三极管基极既然是0V了，那么三极管还怎么工作啊”，对于这个问题，我想说的是我们在做分析时不要只想着正电压，还要想着负电压，0并不是最低，比0低的（小的）还有负数呢。

第三个区别，发射极多了一个82Ω电阻与47uF电容的串联。既然是在发射极与发射极电阻并联的一个东西，那么我们就回想一下发射极电阻在电路中起着什么作用？放大倍数=Rc//Re，还记得这个公式吧！同时在上一贴我们还分析了电容并联在发射极电阻时（交流短路）会使放大器的放大倍数变的很大，接近?值。与上贴直接并联电容相比，这个图呢？我们来画一下它的交流等效电路。

图中红色的部分是交流信号流过的线路，蓝色是直流电流流过的线路。我们可以清楚的看到，交流信号在发射极分成两路，一路通过4.3K电阻，另一路通过82Ω电阻再经过47uF电容（这个电容很大，可看作对交流信号几乎无阻碍作用）。如果用一个电学的名词来形容这种情况是什么呢？“并联”，没错就是并联，82Ω电阻和4.3K的电阻并联，并联后的阻值不用问肯定小于并约等于82Ω，这个电阻在交流上是作为三极管的真正的Re出现的，那么放大倍数很好算了，2.7K/82Ω=32.9倍，这样又控制了电路的放大倍数，又保证了直流工作点的稳定性（上贴有讲这方面的内容）。

好了，这个电路分析完毕。再看下一个电路。

这个电路在名称上已经说明了它的应用范围，低电源电压，低损耗电流的一个放大电路。它一般应用于使用电池的设备中，比如收音机。

我们首先来看看这个电路与以前的电路有什么区别：

1、电源电压很低，只有1.5V

2、基极的下偏置多了一个二极管。

其它就没有什么区别了，当然电路中各个电阻的数值有些变化，但电路的形式还是一样的。在这里我们主要来分析低电压的设计技巧，低损耗电流的问题很好解决，只要在三极管的线性区（放大区）把Ic的电流设计的低一些就可以了，以前我们用的是1mA或5mA，这个图里我们用0.1mA，相对来说就要省很多电了。

现在来看关于低电压的问题，刚才提到的两个区别其实是一个情况，正是由于很低的电源电压才多了这么一个二极管。书中的解释是“以二极管的正向压降Vf来抵消掉晶体管的Vbe”。是不是很费解啊，怎么会抵消掉呢？

让我们来换个解释方法，如果我问大家一节干电池的电压是多少啊？大家肯定会回答“这谁不知道哇，当然是1.5V了”。但是大家想过没有，新电池是1.5V，当电池用了一段时间后，它的电压还是1.5V么？其实一节干电池来说，它的寿命是从1.6V左右（新电池）到1V左右，当电池的电压降到1V左右时，我们就认为电池没电了。

同理，当一节电池装在收音机里时，我们必须要保证在电池的正常寿命范围中，收音机都能够正常工作。大家看图想一下，如果没有这个二极管，当电池用了一段时间电压降低后三极管的基极电压会发生什么变化，是不是会降低到0.6V以下哦。这里有一个需要大家记住的知识：如果三极管基极-发射极电压Vbe不高于0.6V时，三极管将退出线性区（放大区），进入截止区。

结论出来了，当没有这个二极管时，电池电压降到一定程度但还没用完时，三极管就不能正常工作了，会引起信号的严重失真。你只能不得不更换电池，造成浪费。

而加上这个二极管之后呢，我们知道只要给二极管通过一定的电流，那么它的压降始终都是保持在0.6V左右的，也就是说当电池电压降到1V时，仍能保证三极管的基极电压在0.6V以上，这时候虽然三极管的Ic（集电极电流）会变的更小一些，但三极管仍然工作在线性区（放大区），仍然能够放大信号。看起来就好象是二极管的压降抵消了三极管的Vbe。