考研模电·零基础讲义 · 第 05 讲(上)|基本共射放大电路:组成、直流通路与静态工作点
学完这一讲,你能画出基本共射放大电路、说清每个元件的作用,会画直流通路和交流通路,并用"三步估算法"算出静态工作点Q(IBQ、ICQ、VCEQ),判断它是否合适。预计用时 110 分钟。
本讲地图#
- 为什么要静态工作点:BJT 是非线性器件,不先用直流"垫高",小信号连死区都过不去。
- 电路组成:原理电路(双电源)→ 阻容耦合实用电路(单电源,固定偏置);VCC、Rb、Rc、Cb1、Cb2各管什么。
- 两个通路:直流通路(电容开路)求Q点;交流通路(大电容、直流电源短路)求动态指标。
- 静态工作点估算:IBQ=RbVCC−VBEQ → ICQ=βIBQ → VCEQ=VCC−ICQRc,并验证是否在放大区。
- 华师怎么考:考纲"共射、共基、共集等放大电路的静态和动态分析"——静态分析就是本讲;2026 回忆题第 2(2) 题问"分压式射极偏置电路与基本共射电路相比改进了什么",答案的一半在本讲第六节(基本共射电路的缺点)。
- 教材对应:第 5 章 5.2 节,以及 5.3.1 节例 5.3.1 的电路组成部分。
- 重要度:⭐⭐⭐ 必考核心 / ⭐⭐ 理解 / ⭐ 了解。
前置知识#
- BJT 放大的条件、IC≈βIB:见第 04 讲(上)。
- 三种工作状态的判断("一看发射结、二假设放大、三比管压降"):见第 04 讲(下)。
- 电容"隔直通交"、放大电路的增益/输入电阻/输出电阻概念:见第 01 讲(上)、(下)。
一、为什么一定要有静态工作点? ⭐⭐⭐#
1.1 大白话:先把秋千推到半空,再让它摆#
想象你要让一个秋千左右摆动。如果秋千静止时就贴在地上(没有直流偏置),往下的那半个摆动根本做不出来——地面挡住了。正确做法是先把秋千停在半空中的某个位置,再在这个位置附近来回摆。
三极管也一样。BJT 的输入特性有约 0.5 V 的死区,话筒信号只有几毫伏到几十毫伏:
- 没有直流偏置(VBB=0)时,信号幅度小于死区电压,整个周期管子都截止,输出一点变化都没有;
- 即使信号很大,也只有正半周超过死区的那一小段能导通,输出严重失真。
所以必须先用直流电源给发射结一个合适的正偏、给集电结一个反偏,让管子在没有信号时就已经稳稳地待在放大区中间,信号来了只是在这个点附近"小幅摆动"。
1.2 定义#
静态:输入信号vs=0时电路的状态,所有电压电流都是直流。
静态工作点Q(Quiescent point,"静止点"):静态时的四个直流量在特性曲线上对应的点,记作
IBQ,VBEQ,ICQ,VCEQ
逐行拆解:下标里多了一个 Q,表示"静态工作点上的值"。例如ICQ(读"I-C-Q")是静态集电极电流,VCEQ是静态管压降。硅管VBEQ通常直接取 0.7 V(教材写 0.6~0.7 V),锗管取 0.2~0.3 V。
动态:加上输入信号后,各量在Q点基础上变化:
vBE=VBEQ+vbe,iB=IBQ+ib,iC=ICQ+ic,vCE=VCEQ+vce
这里用的正是第 04 讲(上)的符号约定:总量(小写+大写下标)= 直流(大写+大写下标)+ 交流(小写+小写下标)。这一行式子是整个放大电路分析的"总纲":先算直流(静态),再算交流(动态)。
⚠️ 易错点:Q点不仅决定"能不能放大、会不会失真",还会影响动态参数(下一讲的rbe就由IEQ决定)。所以任何放大电路题,第一问几乎都是求Q点。
二、基本共射放大电路的组成 ⭐⭐⭐#
2.1 从原理电路到实用电路#
图 1:(a) 教材的原理电路,用两个电源;(b) 实际常用的阻容耦合共射放大电路,只用一个电源VCC
原理电路(图 1a):
- 输入回路:VBB → Rb → 发射结 → 地,信号vs串在里面;
- 输出回路:VCC → Rc → 集电极 → 发射极 → 地;
- 发射极是输入、输出回路的公共端,所以叫共射极放大电路。
它不实用:信号源没有一端接地、要两个电源。
**实用电路(图 1b)**做了三处改进(教材例 5.3.1 的分析):
- 信号源一端接地(公共端),抗干扰;
- 去掉VBB,基极偏置也由VCC经Rb提供;
- 输入、输出各串一个大电容Cb1、Cb2,叫耦合电容——这种电路叫阻容耦合共射放大电路。
这个电路的基极电流由VCC和Rb "固定"住,所以又叫固定偏置共射放大电路(第 06 讲要拿它和"分压式射极偏置电路"比较)。
2.2 每个元件的作用(简答题高频)#
| 元件 |
作用 |
| BJT(T) |
核心器件,实现电流控制(放大) |
| VCC |
① 给发射结正偏、集电结反偏,使 BJT 处于放大区;② 是输出信号能量的来源 |
| Rb(基极偏置电阻) |
与VCC一起决定基极偏置电流 IBQ(偏流),从而设定Q点;一般几十到几百 kΩ |
| Rc(集电极电阻) |
① 把集电极电流的变化ΔiC 转换成电压的变化送到输出端;② 与VCC一起保证集电结反偏。没有Rc就没有电压输出 |
| Cb1、Cb2(耦合电容) |
隔直流、通交流:隔开信号源、负载与放大电路之间的直流联系,使Q点不受影响;让交流信号顺利通过。一般几微法到几十微法的电解电容,注意极性(正极接直流电位高的一侧) |
| Rsi |
信号源内阻 |
| RL |
负载电阻 |
答题模板:"Rc的作用是什么?"——"将集电极电流的变化转换为集电极电压的变化,实现电压放大;同时与VCC配合使集电结反偏。"
2.3 一个电路能不能放大?三条检查 ⭐⭐#
教材习题 5.2.1 这类题给几个电路问"有无放大作用"。按三条依次检查:
- 直流偏置对不对:发射结正偏、集电结反偏(NPN 的VCC接正,PNP 接负);Q点不能在截止或饱和;
- 信号能不能加进去:输入信号要能改变vBE(或iB)。若输入端被电容或导线直接短路到地、或者被直流电源"钉死",就加不进去;
- 信号能不能取出来:输出要能反映iC的变化。若没有Rc(集电极直接接VCC),集电极电位被电源钉死,交流输出为零。
例题 1(概念):判断下列改动后电路(以图 1b 为基础)能否放大,说明理由。
(1) 把Rc短路;(2) 把Rb改接到地(而不是接VCC);(3) 把 NPN 管换成 PNP 管,其他不变;(4) 把Cb1换成导线,而信号源内阻很小且信号源是"一端接地的交流源"。
解:
(1) 不能。Rc=0时集电极直接接VCC,对交流来说集电极就是"地",vo恒为零(第 3 条不满足)。
(2) 不能。基极经Rb接地,发射结没有正偏,IBQ=0,管子截止(第 1 条不满足)。
(3) 不能。PNP 需要负电源(发射结正偏要VE>VB),接+VCC后两个结的偏置都不对。
(4) 不能正常放大。没有隔直电容,信号源的小内阻直接并在发射结两端,把基极直流电位拉到 0 V 附近,静态时管子截止(第 1 条不满足)。这正说明了Cb1"隔直"的作用。
⚠️ 易错点:电解电容有极性。图 1b 中Cb1右边接基极(直流约 0.7 V),左边接信号源(直流 0 V),所以正极朝右;Cb2左边接集电极(直流VCEQ),正极朝左。
三、直流通路与交流通路 ⭐⭐⭐#
3.1 大白话:同一个电路,戴两副眼镜看#
放大电路里直流和交流"混在一起",但它们走的路不一样:电容对直流是断的,对交流几乎是通的。所以分析时戴两副"眼镜"分别看:
- 戴"直流眼镜"——只看直流量能走的路 → 直流通路,用来求Q点;
- 戴"交流眼镜"——只看交流信号能走的路 → 交流通路,用来求增益、输入/输出电阻(第 05 讲下)。
3.2 画法规则(必背)#
直流通路:令信号源vs=0(保留其内阻),
- 电容开路(隔直);
- 电感短路(本讲用不到);
- 其余保留。
交流通路:
- 大容量电容短路(耦合电容、旁路电容,在信号频率下容抗很小);
- 直流电压源短路(理想电压源内阻为零,交流电压为零,所以VCC对交流相当于"地");
- 直流电流源开路(后面讲电流源偏置时用到)。
图 2:图 1b 电路的 (a) 直流通路、(b) 交流通路
逐行拆解图 2:
- (a) Cb1、Cb2开路后,信号源、Rsi、RL都被"隔"出去了——RL不影响Q点,这是阻容耦合的一大好处;
- (b) VCC短路成地,原来接在VCC上的Rb、Rc的那一端就接到地上了。于是Rb并在输入端(b 对地),Rc和RL 并联在输出端(c 对地)。
这个"Rc和RL并联"非常重要,后面交流负载线、电压增益都要用:
RL′=Rc//RL=Rc+RLRcRL
RL′(读"R-L 撇")叫交流负载电阻;符号//表示并联。
例题 2:图 1b 中Rc=4 kΩ,RL=4 kΩ。求RL′;若RL=12 kΩ呢?
解:RL′=4+44×4=2 kΩ;RL=12 kΩ时RL′=164×12=3 kΩ。并联电阻总比两者中较小的那个还小,可用来检查。
⚠️ 易错点:
- 画交流通路时VCC是"短路到地",不是"开路"。很多人把Rc的上端画成悬空,就算不出RL′了。
- 直流通路里不要画信号源和负载(被电容隔开了);但若是直接耦合电路(没有耦合电容),RL就会出现在直流通路里,要具体看电路。
四、静态工作点的估算:三步法 ⭐⭐⭐#
4.1 步骤(教材 5.2.2 节的方法)#
第 1 步:画直流通路,标出IBQ、ICQ的方向和VCEQ的极性。
第 2 步:由基极回路(输入回路)求IBQ。
第 3 步:由电流分配关系求ICQ=βIBQ(忽略ICEO),再由集电极回路(输出回路)求VCEQ。
第 4 步(别省):验证VCEQ>VCES(或VCEQ>VBEQ)——管子确实在放大区,Q点才有意义。
对图 1a 的双电源原理电路:
IBQ=RbVBB−VBEQ,ICQ≈βIBQ,VCEQ=VCC−ICQRc
对图 1b 的单电源固定偏置电路,基极回路是VCC→Rb→发射结 → 地:
IBQ=RbVCC−VBEQ≈RbVCC(VCC≫VBEQ 时)
ICQ=βIBQ,VCEQ=VCC−ICQRc
逐行拆解:
- 基极回路 KVL:VCC=IBQRb+VBEQ,移项就是第一式;
- 集电极回路 KVL:VCC=ICQRc+VCEQ,移项就是第三式;
- "≈VCC/Rb"是教材常用的近似,VCC=12 V 时误差约 6%,考试时除非题目要求估算,建议保留 0.7 V 算精确值;
- 单位技巧:电阻用 kΩ、电流用 mA,乘出来直接是 V(1 mA×1 kΩ=1 V)。
4.2 例题#
例题 3(教材例 5.2.1):图 1a 中VBB=4 V,VCC=12 V,Rb=220 kΩ,Rc=5.1 kΩ,β=80,VBEQ=0.7 V。求Q点并说明工作状态。
解:
第 1 步,基极回路:
IBQ=220 kΩ(4−0.7) V=0.015 mA=15 μA
第 2 步,ICQ=βIBQ=80×15 μA=1200 μA=1.2 mA。
第 3 步,集电极回路:
VCEQ=12−1.2×5.1=12−6.12=5.88 V
第 4 步,验证:VBEQ=0.7 V发射结正偏;VCEQ=5.88 V>VBEQ,集电结反偏 → 放大区,Q点合理。
例题 4(单电源固定偏置,精确与近似对比):图 1b 中VCC=12 V,Rb=300 kΩ,Rc=4 kΩ,RL=4 kΩ,β=40,VBEQ=0.7 V。求Q点。(这组数据下一讲还要用。)
解:
第 1 步,画直流通路(图 2a):Cb1、Cb2开路,RL不出现。
第 2 步,精确计算:
IBQ=30012−0.7 mA≈0.03767 mA=37.67 μA
ICQ=40×0.03767≈1.507 mA
VCEQ=12−1.507×4≈5.97 V
第 3 步,近似计算(忽略VBEQ):IBQ≈12/300=40 μA,ICQ≈1.6 mA,VCEQ≈12−6.4=5.6 V。ICQ的误差约 6%。
第 4 步,验证:VCEQ=5.97 V,约为VCC的一半,管子在放大区中部,Q点合适。
例题 5(设计Q点):VCC=12 V,β=50,要求ICQ=2 mA、VCEQ=6 V。求固定偏置电路的Rc、Rb;若Rb取标称值 280 kΩ,实际Q点是多少?
解:
第 1 步,由集电极回路:Rc=ICQVCC−VCEQ=212−6 kΩ=3 kΩ。
第 2 步,IBQ=βICQ=502 mA=40 μA。
第 3 步,由基极回路:Rb=IBQVCC−VBEQ=0.04 mA11.3 V=282.5 kΩ。
第 4 步,取 280 kΩ 反算:IBQ=11.3/280≈40.36 μA,ICQ≈2.018 mA,VCEQ=12−2.018×3≈5.95 V,与要求基本一致。
例题 6(PNP 管):把例题 4 的管子换成 PNP 管(β=50,VBEQ=−0.7 V),电源改为−VCC=−12 V,电容极性反接,其他电阻不变。求Q点。
解:PNP 电路只是电压极性和电流方向全部反过来,数值算法一样。取绝对值计算:
∣IBQ∣=30012−0.7 mA≈37.67 μA,∣ICQ∣=50×37.67 μA≈1.883 mA
∣VCEQ∣=12−1.883×4≈4.47 V
所以VCEQ≈−4.47 V(集电极比发射极低),IBQ、ICQ的实际方向是流出基极和集电极。∣VCEQ∣>∣VBEQ∣,放大区。
⚠️ 易错点:
- 求Q点一定用直流通路,不要把RL并到Rc上(那是交流的事)。
- 求出VCEQ后一定要验证。算出负值或小于 0.3 V,说明管子饱和,要按第 04 讲(下)改用ICS计算(见下一节例题 7)。
- PNP 电路的VCEQ是负值,写答案时带上符号或说明"集电极电位低于发射极"。
五、Q点"合不合适":先认识两种坏情况 ⭐⭐#
Q点就是秋千的"停放位置":
- 太低(ICQ太小,VCEQ接近VCC)→ 信号负半周时管子容易进入截止区;
- 太高(ICQ太大,VCEQ接近 0)→ 信号正半周时容易进入饱和区。
两种情况都会让输出波形"削顶"失真——具体是削哪一边、怎么调,第 05 讲(中)用图解法讲清楚。粗略的经验是:小信号放大时让VCEQ在VCC的一半左右比较稳妥。
六、固定偏置电路的致命弱点:Q点随β、温度变化 ⭐⭐⭐(为真题 2(2) 铺垫)#
6.1 大白话#
固定偏置电路里,IBQ由VCC/Rb定死了,而ICQ=βIBQ 直接正比于β。可是β:
- 同型号的管子之间分散性很大(50~200 都有可能);
- 随温度升高而增大(每 ℃ 约 0.5%~1%),同时ICEO增大、VBE减小(第 04 讲下)。
所以换一只管子或者天气热了,ICQ就跟着变,Q点可能从放大区中部"跑"到饱和区边上。电路没有任何自动纠正的机制。
6.2 例题#
例题 7:例题 4 的电路(VCC=12 V,Rb=300 kΩ,Rc=4 kΩ)原来用β=40的管子,VCEQ≈5.97 V。(1) 换成β=60的管子,VCEQ变为多少?(2) 换成β=80呢?(VCES=0.3 V)
解:IBQ=37.67 μA不随β变。
(1) ICQ=60×37.67 μA≈2.26 mA,VCEQ=12−2.26×4≈2.96 V。Q点已明显偏向饱和区。
(2) 假设放大:ICQ=80×37.67 μA≈3.013 mA,VCEQ=12−3.013×4≈−0.05 V——不可能为负,说明已经饱和。实际VCEQ=VCES=0.3 V,ICQ=ICS=412−0.3≈2.925 mA。电路完全不能放大了。
结论(可直接用于答题):基本共射(固定偏置)电路结构简单,但静态工作点ICQ=βRbVCC−VBEQ直接依赖β,而β、ICEO、VBE都随温度变化,因此静态工作点不稳定。第 06 讲的基极分压式射极偏置电路用"基极电位固定 + 发射极电阻Re引入直流负反馈"来解决这个问题——这就是真题 2(2)"与基本共射电路相比改进了什么"的标准答案方向。
七、放大的动态过程:各点波形 ⭐⭐#
有了合适的Q点,加上小信号vi后,各量都是"直流 + 交流"。用例题 4 的参数,加10 mV振幅的正弦输入(RL开路),按小信号公式算出各点波形如下(具体怎么算是第 05 讲下的内容):
图 3:按例题 4 参数计算的各点波形。虚线是直流(静态)分量,实线是总量(竖线扫描,动画循环播放)
读图要点:
- iB、iC在IBQ、ICQ上下波动,始终为正——管子从来没有截止,这正是Q点的作用;
- vi正半周 → iB、iC增大 → Rc上压降增大 → vCE=VCC−iCRc 减小;所以vCE的交流部分和vi 反相;
- Cb2隔掉vCE的直流部分VCEQ,输出vo=vce只剩交流:振幅约 1.8 V,是输入 10 mV 的约 180 倍,且相位相反(相差 180°)。
共射放大电路的标志性特点:电压放大倍数大,输出与输入反相。
⚠️ 易错点:vCE总是正的(约 4~8 V 之间变化),vo才是正负交替的交流。不要把vCE的波形画到横轴以下。
速记卡#
| 项目 |
内容 |
| 为何要Q点 |
越过死区、让信号整个周期都在放大区 |
| 符号 |
总量iC = 直流ICQ + 交流ic |
| 共射电路 |
发射极为公共端;固定偏置:VCC经Rb供基极偏流 |
| Rb |
定偏流IBQ,设定Q点 |
| Rc |
把ΔiC变成Δv;没有它就没有电压输出 |
| Cb1、Cb2 |
隔直通交;RL、信号源不影响Q点;电解电容注意极性 |
| 直流通路 |
vs=0,电容开路 |
| 交流通路 |
大电容短路,VCC短路接地 → RL′=Rc//RL |
| 固定偏置Q点 |
IBQ=RbVCC−VBEQ,ICQ=βIBQ,VCEQ=VCC−ICQRc |
| 必做验证 |
VCEQ>VCES(约 0.3 V)才是放大 |
| 能否放大三查 |
偏置对不对、信号进得去吗、信号出得来吗 |
| 固定偏置缺点 |
ICQ∝β,Q点随β、温度漂移 → 第 06 讲分压式射极偏置 |
| 共射特点 |
电压增益大,输出与输入反相 |
自测练习#
1.(基础)说出阻容耦合共射放大电路中Rb、Rc、Cb1、Cb2的作用,并说明画直流通路、交流通路时各怎么处理。
答案与提示
Rb:与VCC一起提供基极偏流IBQ;Rc:把集电极电流的变化转换为电压的变化,并使集电结反偏;Cb1、Cb2:隔直通交。直流通路:电容开路,信号源置零;交流通路:耦合电容短路、VCC短路接地。
2.(计算)图 1a 原理电路,VBB=6 V,Rb=100 kΩ,VCC=12 V,Rc=2 kΩ,β=100,VBEQ=0.7 V。求Q点并判断工作状态;这个Q点适合放大大信号吗?
答案与提示
IBQ=(6−0.7)/100=0.053 mA=53 μA,ICQ=5.3 mA,VCEQ=12−5.3×2=1.4 V。1.4 V>0.7 V,放大区。但VCEQ只有 1.4 V,离饱和很近,大信号正半周会进入饱和——Q点偏高,不适合大信号。
3.(计算)单电源固定偏置电路,VCC=15 V,Rb=560 kΩ,Rc=5.1 kΩ,β=60,VBEQ=0.7 V。求Q点。
答案与提示
IBQ=14.3/560≈25.54 μA,ICQ=60×25.54 μA≈1.532 mA,VCEQ=15−1.532×5.1≈7.18 V,放大区。
4.(设计)VCC=9 V,β=100,要求ICQ=1 mA、VCEQ=4.5 V,求固定偏置电路的Rc和Rb。
答案与提示
Rc=(9−4.5)/1=4.5 kΩ;IBQ=10 μA,Rb=(9−0.7)/0.01=830 kΩ。
5.(华师真题风格)例题 4 的电路(VCC=12 V,Rc=4 kΩ,β=40)调试时测得VCEQ≈0.3 V。(1) 管子处于什么状态?(2) 应把Rb调大还是调小?(3) 要使VCEQ=6 V,Rb应取多大?
答案与提示
(1) 饱和。(2) 饱和说明IBQ太大,应增大 Rb。(3) ICQ=(12−6)/4=1.5 mA,IBQ=1.5/40=37.5 μA,Rb=11.3/0.0375≈301.3 kΩ(取 300 kΩ)。
6.(概念)为什么说阻容耦合放大电路的负载电阻RL不影响静态工作点,却影响电压放大倍数?
答案与提示
Cb2隔直,直流通路中RL被断开,所以不影响Q点;交流通路中Cb2短路,RL与Rc并联成RL′,输出电压vo=−icRL′,所以RL越小,RL′越小,电压放大倍数越小。
7.(简答,为真题 2(2) 准备)固定偏置共射放大电路的主要缺点是什么?用公式说明原因。
答案与提示
静态工作点不稳定。ICQ=βRbVCC−VBEQ+ICEO,温度升高时β、ICEO增大、VBEQ减小,都使ICQ增大;更换管子时β的分散性也使ICQ变化。电路中没有自动调节ICQ的机制,Q点可能移入饱和区或截止区,造成失真。
下一讲预告#
第 05 讲(中)用"作图"的方法分析放大电路:在输出特性上画直流负载线、交流负载线,直观看出Q点位置、最大不失真输出,以及饱和失真和截止失真是怎么来的、怎么消除。
👉 点击进入下一讲:第05讲(中)|图解分析法:负载线、动态范围与饱和/截止失真
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