晶体管电路设计 第六贴

李俊韬

   今天该讨论输出回路了，我们来看一张已经标好信号流向的图片。

   

      因为这是一个三极管的共射极放大电路，所以输出信号我们定义为从三极管的集电极输出，从发射极返回。这时候我们可以把这个三极管看做是一个电流源，为什么是电流源而不是电压源呢？首先，在前几贴我们提到过，三极管是一个流控流型器件，它的放大作用是以电流的形式体现出来的，所以这里将三极管看做一个电流源就理所应当了。

      有人一定会问，不是说三极管能放大电压吗？你这里却说是以电流的方式体现，那三极管放大的电压是怎么回事儿呢？这个问题正是我们今天要搞明白的问题。

      正是由于集电极电流受Ib的控制，而Ib的变化引起集电极电流的变化，同时以电压的方式体现在集电极负载电阻Rc上，这里通过Rc进行了一个I—V转换，最后的输出就变成了电压。

      我们将三极管的输出回路做一下交流等效会看得更明白些，看下图：

      在这个图中，我按照输出回路的信号流向做了一个交流等效，这只是第一步，还没有完成，一会儿还有一张图才是最终的完成图。特意把这张图弄上来是为了让大家更明白转换的过程。首先，我们来看看，这张图和上张图相比，什么东西没变，又少了些什么东西？

      不错，电容都省去了，也就是说把电容看作直通，至于为什么，在上一贴已经说过，这里不再细说了。

      还有变化的就是Re消失了，Rc好象也有变化，还多出了一个RL。我们一个一个来说。首先RL是什么？RL是我们在这里设置的一个负载电阻，大家注意这里要同集电极负载电阻Rc区分开。这个RL是接到最开始那个图中“输出”端的一个电阻，它也许是真的是一个电阻，也许是下一级放大器的输入阻抗，但无论是什么，他对这个放大器而言，用很多书中常用的一句话来说“从输出端向外看去所看到的电阻”这个电阻RL也就是这个放大器真正放在某一个电路集合中工作时的真实负担。也就是这个放大器的负载。这里我们将其简化为一个电阻。

      再来说说Rc，如果你认真看了上一贴，那么Rc放在这里就应该没有什么难度了。是的，完全是按输出信号的流向来定义Rc的位置的。

      还有一个Re，Re消失了，为什么呢？它不是一个电容，对交流信号又有着阻碍作用，怎么看也不能把它给忽略啊！但这里偏偏它消失了，来看下一张图：

      在这张图上不但Re消失了，连三极管都变成了一个怪模怪样的东东。弱弱的问一句，大家都知道这个圈里一条横线再加一个A的东东表示什么意思吧？哦，可能我忘记标记方向了，但这确实就是“电流源”的标识。对电流源概念不太清楚的朋友去翻下书或百度下吧，然后我们再继续。

      这里为什么要用电流源来代替三极管的输出呢？我们知道三极管是通过基极电流来控制集电极电流的。假设某一个瞬间，基极的输入电流变化是+0.1mA（注意我这里说的是变化而且0.1mA前面有个+号），而引起了集电极电流+0.5mA的变化，在这个变化过程中，无论Rc和RL取值如何，只要三极管能正常工作在放大状态下（这个前提很重要），那么整个回路中总的发生变化的电流就只能是+0.5mA。再对照一下电流源的定义，是不是很有些一样的地方啊！

      那么Re为什么要忽略呢？我们观察一下，如果把Re放回去，想一想上贴提到的一个关系式Ie=Ic+Ib。还记得吧，也就是说Re上流过的电流不管是变化还是不变化，都包括了Ic，也就是这个电流源的输出电流，Re很明显，就是这个电流源的一个组成部分，它和三极管一起组成了一个“黑盒子”，这个黑盒子我们把它抽象成了一个电流源，用在了这个图上。好了Re应该解释清楚了。至于三极管为什么在这里会体现出电流源的特性，就涉及到三极管内部的工作原理了，不在本贴讨论范围内，有兴趣的朋友可以自己找资料看，或者说你不用去了解为什么，只要知道在这里是电流源，就OK了。

      现在我们开始继续下一步分析，刚才已经假设了在基极+0.1mA电流变化的情况下，在集电极产生了+0.5mA的电流变化，那么这个+0.5mA是如何分配给Rc和RL的呢？很明显，当Rc和RL同样大小时，一人+0.25mA。当Rc<<RL时（“<<”这个符号叫“远远小于”，“>>”这个不用说了吧。）Rc分得的电流会远远大于RL所分得的电流。反之亦然。

      这时一定会有人说，怎么说了半天就没有电压什么事儿啊，光说电流了，难道电压不重要么？我们在分析电路时不是应该拿电压说事儿么？

      其实这是一个误区，电压和电流对于一个电路来说是一体两面的，你既可以从电流的角度来分析问题，也可以从电压的角度来分析问题，只不过在建立模型时要有一定的区别了。对于三极管这种流型器件来说，用电流来解析会更方便些而已。下面我们将用电压来解析下这个电路。

      补充一句，用电流来分析实际上应用的是诺顿定理，用电压来分析就是戴维南定理了。上面这个电路中，当你用Rc和RL分别乘以它们所分得的电流时，得到的就是它们的电压了。不用试，肯定电压是一样的，因为Rc和RL是并联的不是么？

      看看下一张图吧，但愿新手不会看迷糊：

      这张图又发生了变化，电流源变成了电压源，原先与RL并联的Rc变成了与RL串联的RTH。这个变化是怎么来的呢。用一句话来概括就是“电流源与电压源是可以等效的，一个电流源与电阻并联可以等效于一个电压源与一个电阻串联。”就是这么简单，至于爱问为什么的朋友估计你要去翻书了，讲起来要好大一篇，在电路基础的书里会有介绍，如果书不错的话，还会顺带着讲讲戴维南定理，去看看吧。

      那么这个电压源的电压是多少呢？刚才已经假设了，基极电流的变化引起了集电极电流+0.5mA的变化，当Rc与RL同样大小时（10K），两个电阻各分+0.25mA，那么Rc上的电压就是10K乘以0.25mA等于2.5V。这个2.5V就是在这个瞬间的电压源的电压了。RTH就是Rc了，因为电流源的电流转换为负载RL所看到的电压就是在Rc上体现出来的，所以可以把Rc看做是RTH，也就是戴维南等效电阻了。

      好象有的人不明白，为什么刚刚两个还是并联，怎么现在又串联了。有这个疑问的朋友，请仔细看一看上面一段，再仔细读一读下面关于戴维南定理和戴维南等效的定义（来自百度）：

      戴维南定理（又译为戴维宁定理）又称等效电压源定律，是由法国科学家L·C·戴维南于1883年提出的一个电学定理。由于早在1853年，亥姆霍兹也提出过本定理，所以又称亥姆霍兹-戴维南定理。其内容是：一个含有独立电压源、独立电流源及电阻的线性网络的两端，就其外部型态而言，在电性上可以用一个独立电压源V和一个松弛二端网络的串联电阻组合来等效。在单频交流系统中，此定理不仅只适用于电阻，也适用于广义的阻抗。

      对于含独立源，线性电阻和线性受控源的单口网络（二端网络），都可以用一个电压源与电阻相串联的单口网络（二端网络）来等效，这个电压源的电压，就是此单口网络（二端网络）的开路电压，这个串联电阻就是从此单口网络（二端网络）两端看进去，当网络内部所有独立源均置零以后的等效电阻。

      大家注意最后一段话中的蓝色部分，也就是说这个时候你是站在负载电阻RL的角度上去看你和RTH或者说是RC的关系的。

      或者我们可以对这个戴维南等效后的电路再做一次等效：电压源和戴维南电阻RTH合起来可以看做是一个现实中的电池，我们知道电池都是有内阻的，RTH就是电池的内阻。

      通过今天的学习，我们还可以联想一下，有的放大器要求阻抗匹配（Rc等于RL）RC等于RL，有的放大器要求高输入阻抗，有的放大器要求低输出阻抗。