晶体管电路设计 第十二贴

李俊韬

在前几贴，我们对一个常见的共射极放大器进行了详细的设计分析，同时也对一些基本知识做了些介绍。同时，我们知道，常见的放大器种类有很多，同样是共射极的接法，根据偏置和反馈情况的不同，也有很多变化。今天，我们就以书中的例子做为主要内容，进行一下学习。

我们看第一个电路：

对这个电路，书中称它为“使用NPN晶体管与负电源的放大电路”，大家可以将这个电路与前面的电路做一下对比，看看在结构上有什么区别。

1、电源反过来了，电路的参考地放在了上面，电源变成了-15V

2、耦合电容的极性反过来了

3、发射极电阻上并联了一个10uF的电容。

基本上就这三点了，下面，我们逐步的分析下这三个变化对电路有什么影响。

第一点，电源使用的是负电源。我们来想一下，这样的供电情况下，电路的高电位在什么地方？很明显，供电是-15V，比0要小，而电路中的“地”是0电位的，那么电路中的电位高端仍然与以前一样是在上面。三极管的电流流向仍然是从集电极流向发射极，与以前一样。

甚至我们可以人为的将本电路的参考点“地”定为-15V端，那么这个图中原先的“地”电位与现在相比就变成了+15V，变得和以前的图一样了。

当然，实际上我们不提倡这样做，因为，电路中的其它元件如“耦合电容”，仍然是以上面为“地”做出的设计，这样会引起不必要的混乱。所以我们仍然希望大家能够习惯于在0电平以下来分析电路。

第二点，耦合电容的方向问题。谈到这个问题也许有人会问：“为什么啊？不是刚刚才说过吗，这个电路的电位仍然是上高下低，和以前一前，电容为什么要反过来啊？”。

能提出这个问题的朋友，说明真的动脑子想了。我们从电路左边也就是输入回路分析，这个放大器如果已经做成成品了，那么它的信号输入端是怎样的呢？

在给这个放大器接输入信号时，是按照红色的接法：一根线接“输入”，一根线接地。还是按照蓝色的的接法：一根线接“输入”，另一根线接-15V电源？

看到这里，大家明白了吧，当然是按照红色的接法。也许又有人会问：“信号电压不是应该加在三极管的BE结上吗？这样接BE结没有信号了还怎么放大啊？”。输入信号真的没有加到三极管的BE结么？注意看红色框的那两个电容，还记得它们的名字么？“退耦电容”，以前我们讲过，这两个电容将电源两端做了“交流短路”，也就是说对于输入信号来说，接到“地”和接到-15V端对于交流来说是等效的。

这时肯定又会有人问：“既然是等效的，那么我把输入信号按蓝色的方法接不行么？”。在这里我的解释是，对于这一个独立的放大器来说，可以！它能够正常工作。下面要说但是了，但是，我们在实际应用中，这个放大器是要和许多其它的电路组合起来应用的。比如说另外一个人也设计了一个和这个电路一样的放大器，而他很守规矩的把“地”做为输入输出的公共端，当他的电路和你的电路输出和你的电路输入连起来，而且共用同一个电源时，就象下图中红色的接法，会发生什么事儿呢？

电源被“短路”了，不是么？看来，我们在设计电路时，必须要严格的按照规范来设计，该是地的就一定是地，尤其是在共用一个电源时，“地”的位置绝对不能变来变去，应该始终如一。

了解了这些，那么耦合电容的方向问题就简单了。有一个根本的原则就是，电解电容在一个独立电路中时，正端应接在高电位处，负端应接在低电位处。很明显，对于这个电路来说，最高电位是“地”，也就是0V，其它各点的电位只可能低于“地”，所以要按图中的接法。

这是一个最普遍的例子，当然也有例外的时候，上面的图左侧电路输出的信号是纯交流信号，不含直流成份，而当接入的信号含有直流成分的时候，要看这个加到电容左侧的直流成份与耦合电容右侧的电位谁高谁低，然后再按照上面的根本原则来确定耦合电容的正负极的方向。

当你实在无法确定过来的信号到底谁高谁低时，有一个简单的办法，使用无极性的电容，或者将两个电解电容正极相对或负极相对串联起来使用（逆串联，容量相当于单个电容的一半）。对于小信号来说，电解电容逆串联的方法是可行的，但是当信号幅度很大，比如OTL功放末级的输出电容，这种方法会加大电容的损耗，使电容的寿命减少，严重时甚至会爆掉。所以有人给这种方法做了一些改善，如下图：

具体应用上我也没有试过，现在的电解电容种类很多，这个就算是一个理论上的研究吧，感兴趣的朋友可以分析一下，这里就不深入进去了。

下面我们看第三个不同，发射极电阻上并联了一个10uF的电容。

为什么说是并联？而不是说发射极对地接了一个电容。如果你画一下交流的等效图的画，就很清楚了。这个电容在交流上是等效于并联在9.1K的发射极电阻上的。

在前面的学习中我们知道了，这种类型的放大器，它的放大倍数是Rc/Re，对这个图来说就是10K/9.1K=1.098，天啊，刚刚比1倍大一点点，这么小的放大倍数。事实真的是这样吗？别忘了那个电容，对于交流信号来说那个10uF的电容等效的电阻是很小的，也许只有零点几个欧姆，甚至可以忽略不计。那么也就是说对于交流信号来说，这个放大器的发射极电阻是趋近于无穷小的。好吧，那我们就假设它为最极端的情况，发射极电阻为零，那么这个放大器的放大倍数是多少呢？

Rc/0等于多少？或者说Rc除于无穷小是多少？答案是无穷大。天啊，这个放大器的放大倍数真的是无穷大么？当然不是，简单的来说，放大器的放大倍数不可能超过三极管的?值。或者复杂些说，还有一个在我们以前的计算中省略掉的hie（输入端交流短路时三极管的输入阻抗）有关，这个hie与Re在交流上是串联的，当存在Re时，我们把这个hie忽略掉了，因为它相比起Re来说很小，但是当Re为0时，这个hie就起做用了，它与Rc共同限制了三极管的放大倍数。关于这个问题，在书中的2.3.7小节有讲到，感兴趣的朋友可以看看，但书中讲的很模糊，想深入的朋友可以找一些关于使用h参数推导三极管放大原理的资料看看。

对于本贴而言，大家只要知道存在Re时，放大倍数是Rc/Re，Re不存在或被交流短路时，放大倍数趋近于三极管的?值。

也就是说，对于这个电路由于这个10uF电容的存在，使这个放大器的放大倍数很高，不再局限于Rc/Re的关系，只受限于所有三极管的?值的大小。

既然Re在放大时不起作用了，那么这个电路中Re的存在意义是什么呢？

记得前几贴时，我们说过，这个Re是做为电流串联负反馈的反馈电阻存在的。那么我们就针对这个Re来看看它到底扮演着一个什么样的角色。

这里说的“负反馈”包含着交流负反馈和直流负反馈，由于这个10uF电容的存在，使交流信号不经过Re而只通过电容流过，因此交流负反馈在这个电路中就不存在了。直流呢？不能通过电容，必须通过Re，所以直流负反馈仍然存在。

那么直流负反馈在电路中有什么意义呢？同样在前几贴中让大家建立起一个条件反射，一看到“负反馈”就想到“稳定”。我们知道，理想器件在现实中是不存在的，三极管同样如此，它对很多种情况敏感，比如温度，比如电源电压的稳定性。我们设想一下，一个设计好的电路，当由于环境温度变化时，电路中的三极管由于它对温度很敏感，会造成集电极电流增大或减小，由于集电极电流发生了变化，那么Rc上的电压也会发生变化，Ib也会发生变化，Vb也会发生变化，总之牵一发而动全身，这一变化闹不好会影响我们这个电路的输出，使输出的信号也随着变大或变小，严重的甚至会产生信号失真和三极管的损坏。

那么有了Re就能避免这个问题了么，我们来看下面的反馈关系：

假如因为某种原因，造成了三极管的集电极电流增大了，那么三极管的发射极电流也会增大，由于发射极电流增大，那么串在发射极上的电阻Re上的压降也会增大，当Re上的压降增大后，必然要对Ube有一个压缩，使三极管的Ube减小，由于Ube的减小又促使三极管的Ic变小，实现了Ic电流的稳定过程。

这就是Re在电路中存在的意义了。也许有人会问，记得以前不是说Ube就相当于一个PN结的压降，约等于0.6V么，这个电压还会变吗？是的，这个电压基本上不会有变化，但这个不会变是广义上的，指的是所有三极管的Ube是这样一个大小范围。但是在动态的工作中，由于基极电流Ib的变化，它同样会在一个很小的范围内变化。也许我们用这个电路的微变等效图来讲解会更清楚一些。

现在我们来分析下，当Ic变大时，Ie也变大，Re上电压变大。这应该没有问题了，我们再来看一看，Re等效到输入回路后是什么情况呢？与rbe是串联，也就是说当基极的偏置电压（也就是上图中RB上的电压或电路图中下偏置电阻上的电压）没有变的时候，Re上的电压增大，意味着rbe上的电压减小，而rbe上的流过的电流恰恰是Ib，也就是基极电流，rbe上的电压减小，意味着rbe上流过的电流会减小，也就是Ib会减小，那么Ib又会影响Ic，让Ic也减小。负反馈过程完成。

同样我们可以根据上面的分析得出结论，Re越大，Ic微小的电流变化就会引起Re上较大的电压变化，反馈到Ib（或Ube）时的变化也就越大，稳定Ic的效果就越好。