共射放大电路的设计

胡剑琦，王丽丹，吴援明

(电子科技大学 光电信息学院，成都 611731)

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共射放大电路的设计

胡剑琦，王丽丹，吴援明

(电子科技大学 光电信息学院，成都 611731)

共射放大电路是一种基本的放大电路，在电子技术中有着广泛的应用。文中按照设计要求进行了共射放大电路的设计，给出了放大电路详细的理论分析过程，并用Multisim进行仿真分析，通过仿真分析提出了设计方案中的不足。探究给出了采用增加射极跟随器和改变直流偏置电压的改进方案，对改进方案进行了进一步的仿真分析。

双极型晶体管；共射放大电路；电压增益；射极跟随器；Multisim仿真

放大电路是在保持信号不失真的前提下，将微弱的电信号(电压、电流、功率)放大到所需的量级，且功率增益大于1的电子线路。因此，放大电路在电子技术中有着广泛的应用，是现代通信、自动控制、电子测量、生物电子等设备中不可或缺的组成部分。双极型晶体管(bipolar junction transistor，BJT)的一个基本应用是构成放大器，实际的各类放大器都是由若干基本放大电路级联构成的。BJT有三种基本组态：共射(common emitter，CE)放大器、共基(common base，CB)放大器和共集(common collector，CC)放大器。图1是一个基本的采用基极分压式偏置电路的共射放大器[1]。

本文将按照以下要求设计一个基本共射放大电路：

1)使用2N2222BJT和12 V直流电源。

3)输入阻抗Ri≥1 kΩ。

4)输入信号的有效值为5 mV的正弦信号时，输出信号Vo的峰-峰值达到±2 V。

图1 基本共射放大电路

5)负载电阻RL=1.5kΩ。

6)如图1所示，RS=50 Ω，另有信号源内阻50 Ω。

1 放大电路的理论分析

如图1所示，由直流偏置电路，可得：

VCC-VCE=IC(RC+RE)

故电压增益

又题目要求Ri≥1kΩ，RS=50Ω，另有信号源内阻50Ω(以下令RS=50+50=100Ω)，所以

用IV分析仪分析2N2222BJT，测得当VCE=2V时，β的值约为88，代入上式，可得：IE≤2.3mA。

考虑到上述计算忽略了RB1与RB2并联的影响，导致IE的上界变大，为保险起见，不妨取IE=2mA。事实上，IE的值越大越好，因为由公式

VCC-VCE=IC(RC+RE)

RC=2.1kΩ，RE=2.9kΩ

再分析直流通路，由戴维南定理可得：

将VBE=0.7V，β=88和之前已经计算出的数据代入，得：

由于Ri=RB1//RB2//rbe，故RB1和RB2取值一般较大，不妨取：

RB1=63.5kΩ，RB2=44kΩ。

而电容的分析可以采用时间常数法[3]，限于篇幅，不再赘述。

2 Multisim仿真及结果分析

为了减小输出波形失真，输入信号采用5mV有效值的交流电源，电路图如图2所示。

图2 单级共射放大电路

运用Multisim仿真[4]测得电压增益、输出波形失真以及采用两次电压法[5]测得输入、输出电阻，如表1所示。

表1 单级放大电路的各项指标1)

注：1)表中输入、输出电压均为有效值

通过仿真分析得出：要使得输出波形失真很小，则输入的信号不应过大，如题目给出的有效值为5mV的正弦小信号较为理想。又因为电压增益受负载电阻影响，而此题目给出的负载电阻很小，所以无法达到输出信号Vo的峰-峰值大于±2V的要求。

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事实上，VCE并非取的越小越好。因为VCE稍取大些，由IV分析仪可以测得β的值会增大，此时IE的值就可以取的大一些，从而电压增益也可能增大。但由于三极管输出特性曲线是非线性的，若是精确的求解最优值将会非常复杂。

3 放大电路的改进方案

3.1 加入射极跟随器

上述的单级共射放大电路不能满足输出电压4V的动态范围，原因之一是负载RL的值过小，因此考虑增加一级射极跟随器，使电路的带负载能力大大提高[5]。当接入射极跟随器后，RL可以看作无穷大，此时增益表达式

当RE=0，即不接入射极电阻时，增益取得最大值。如前考虑，取VCE=3 V，测得的β值约为110。考虑到输入电阻，如上文分析，可取IE=2.8 mA，故此时RC=3.2 kΩ。同上分析：

于是可取RB1=330kΩ，RB2=72kΩ。为了满足预设的VCE=3V的条件，借助Multisim软件分析，将RB2调整为56kΩ。

而射极跟随器的设计相对随意，只需使其对应的BJT处于放大状态，正确地确定电阻的量级即可，设计电路如图3所示。

图3 带射极跟随器的共射放大电路

运用Multisim仿真测得电压增益、输出波形失真以及采用两次电压法测得输入、输出电阻，如表2所示。

表2 加入射极跟随器后放大电路的各项指标1)

注：1)表中输入、输出电压均为有效值

通过仿真分析[6]可以得出：增加射极跟随器后电路的电压增益大大提高，波形失真在输入相同的情况下较之前有所减小。但是，仍然无法达到输出信号Vo的峰-峰值大于±2V的要求。

3.2 改变直流偏置电压

上述带射极跟随器的电路仍不能满足题意要求，考虑到是偏置电压的范围限制，因此，考虑将直流偏置电压改作24V，即在电路中采用±12V直流电源，设计电路如图4所示。

图4 改变直流偏置电压的放大电路

运用Multisim仿真测得电压增益、输出波形失真以及采用两次电压法测得输入、输出电阻，如表3所示。

表3 改变偏置电压后放大电路的各项指标1)

注：1)表中输入、输出电压均为有效值

通过仿真分析可以得出：增大直流偏置电压后，输出的动态范围可以达到4.1V，达到设计要求，并且在输入相等的情况下，输出波形失真较前两个电路有所减小。

4 结束语

通过对基本共射放大器的设计及特性探究，我们可以发现，基本的共射放大电路结构简单，但电压放大倍数较小，这种简单放大电路的性能通常难以满足实际电路的要求。因此，常将基本组态放大器作为一级单元电路，通过一定的方式将其连接起来构成多级放大器以实现所需的技术指标。

改进方案中加入射极跟随器，是利用其性能特点进行阻抗变换，减小负载对电压增益的影响，并且大大提高整个放大电路的带负载能力。在实际应用中，利用其输入电阻大的特点，常把其作为多级放大电路的第一级，以提高电信号电压的利用率；或作为电子设备与负载之间的隔离级，减小负载的变化对电子设备工作状态的影响。利用其输出电阻小的特点，常把其作为放大电路最末级，以提高放大电路的带负载能力。

[1]吴援明，唐军.模拟电路分析与设计基础[M].北京：科学出版社，2006.

[2]童诗白，华成英.模拟电子技术基础[M].3版.北京：高等教育出版社，2002.

[3]杨欣，莱·诺克斯，王玉凤，等.电子设计从零开始[M].2版.北京：清华大学出版社，2010.

[4]付扬.Multisim仿真在电工电子实验中的应用[J].实验室研究与探索，2011，30(4)：120-126.

[5]苗红宇，侯丽娟.共射放大电路实验的仿真研究[J].实验室科学，2012，15(5)：78-80.

[6]崔红玲.电子技术基础实验[M].成都：电子科技大学出版社，2008.

Design of Common Emitter Amplifier

HU Jianqi，WANG Lidan，WU Yuanming

(School of Optoelectronic Information, University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu 611731，China)

This paper demonstrates the general process of designing a single stage Common Emitter Amplifier under certain condition. The paper mainly analyzes the selection of resistors based on β-parameter model considering both DC and AC circuits. Besides, amendments and revisions are introduced to improve the properties of the circuit to meet the standard illustrated below. Specifically, adding emitter-follower and changing of the DC supply is basic concern to maximize the voltage gain. The effect of the circuit will be measured and presented by using Multisim simulation.

bipolar junction transistor；common emitter amplifier；voltage gain；emitter-follower；Multisim simulation

2013-12-31；修改日期: 2014-03-10

胡剑琦(1993-)，男，本科在读，专业方向：信息显示与光电技术。

TN710.2

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2015.01.069