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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

约 19 分钟 6246 字 华南师范大学模拟电子技术考研模电零基础讲义

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QQ(⁠IBQI_{BQ}⁠、ICQI_{CQ}⁠、VCEQV_{CEQ}⁠),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);VCCV_{CC}⁠、RbR_b⁠、RcR_c⁠、Cb1C_{b1}⁠、Cb2C_{b2}各管什么。
  • 两个通路:直流通路(电容开路)求QQ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=VCC−VBEQRbI_{BQ}=\dfrac{V_{CC}-V_{BEQ}}{R_b} → ICQ=βIBQI_{CQ}=\beta I_{BQ} → VCEQ=VCC−ICQRcV_{CEQ}=V_{CC}-I_{CQ}R_c⁠,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≈βIBI_C\approx\beta I_B⁠: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=0V_{BB}=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=0v_s=0时电路的状态,所有电压电流都是直流。

静态工作点QQ(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,VCEQI_{BQ},\quad V_{BEQ},\quad I_{CQ},\quad V_{CEQ}

逐行拆解:下标里多了一个 Q,表示"静态工作点上的值"。例如ICQI_{CQ}(读"I-C-Q")是静态集电极电流,VCEQV_{CEQ}是静态管压降。硅管VBEQV_{BEQ}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QQ点基础上变化:

vBE=VBEQ+vbe,iB=IBQ+ib,iC=ICQ+ic,vCE=VCEQ+vcev_{BE}=V_{BEQ}+v_{be},\quad i_B=I_{BQ}+i_b,\quad i_C=I_{CQ}+i_c,\quad v_{CE}=V_{CEQ}+v_{ce}

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:QQ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rber_{be}就由IEQI_{EQ}决定)。所以任何放大电路题,第一问几乎都是求QQ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

基本共射极放大电路:原理电路与阻容耦合实用电路(a) 原理电路(双电源)TRb+vs+VBBRc+VCCvO(b) 阻容耦合共射放大电路(单电源)+VCCRbTRc+Cb2RLvo+Cb1vi+Rsi+vs信号源放大电路负载

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VCCV_{CC}

原理电路(图 1a):

  • 输入回路:VBBV_{BB} → RbR_b → 发射结 → 地,信号vsv_s串在里面;
  • 输出回路:VCCV_{CC} → RcR_c → 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):

  1. 信号源一端接地(公共端),抗干扰;
  2. 去掉VBBV_{BB}⁠,基极偏置也由VCCV_{CC}经RbR_b提供;
  3. 输入、输出各串一个大电容Cb1C_{b1}⁠、Cb2C_{b2}⁠,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VCCV_{CC}和RbR_b "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)
VCCV_{CC} 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
RbR_b(基极偏置电阻) 与VCCV_{CC}一起决定基极偏置电流 IBQI_{BQ}(偏流),从而设定QQ点;一般几十到几百 kΩ
RcR_c(集电极电阻) ① 把集电极电流的变化ΔiC\Delta i_C 转换成电压的变化送到输出端;② 与VCCV_{CC}一起保证集电结反偏。没有RcR_c就没有电压输出
Cb1C_{b1}⁠、Cb2C_{b2}(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QQ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)
RsiR_{si} 信号源内阻
RLR_L 负载电阻

答题模板:"RcR_c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VCCV_{CC}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:

  1. 直流偏置对不对:发射结正偏、集电结反偏(NPN 的VCCV_{CC}接正,PNP 接负);QQ点不能在截止或饱和;
  2. 信号能不能加进去:输入信号要能改变vBEv_{BE}(或iBi_B⁠)。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;
  3. 信号能不能取出来:输出要能反映iCi_C的变化。若没有RcR_c(集电极直接接VCCV_{CC}⁠),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RcR_c短路;(2) 把RbR_b改接到地(而不是接VCCV_{CC}⁠);(3) 把 NPN 管换成 PNP 管,其他不变;(4) 把Cb1C_{b1}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=0R_c=0时集电极直接接VCCV_{CC}⁠,对交流来说集电极就是"地",vov_o恒为零(第 3 条不满足)。

(2) 不能。基极经RbR_b接地,发射结没有正偏,IBQ=0I_{BQ}=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>VBV_E>V_B⁠),接+VCC+V_{CC}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Cb1C_{b1}"隔直"的作用。

⚠️ 易错点:电解电容有极性。图 1b 中Cb1C_{b1}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;Cb2C_{b2}左边接集电极(直流VCEQV_{CEQ}⁠),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QQ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=0v_s=0(保留其内阻),

  1. 电容开路(隔直);
  2. 电感短路(本讲用不到);
  3. 其余保留。

交流通路:

  1. 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);
  2. 直流电压源短路(理想电压源内阻为零,交流电压为零,所以VCCV_{CC}对交流相当于"地");
  3. 直流电流源开路(后面讲电流源偏置时用到)。

阻容耦合共射电路的直流通路与交流通路(a) 直流通路:电容开路+VCCRbRcIBQICQ+VCEQ−信号源、RL 被电容隔开,不影响 Q 点(b) 交流通路:大电容、直流电源短路Rsi+vsRbRcRLvoRb、Rc 原来接 VCC 的一端改接地(VCC 是交流地)

图 2:图 1b 电路的 (a) 直流通路、(b) 交流通路

逐行拆解图 2:

  • (a) Cb1C_{b1}⁠、Cb2C_{b2}开路后,信号源、RsiR_{si}⁠、RLR_L都被"隔"出去了——RLR_L不影响QQ点,这是阻容耦合的一大好处;
  • (b) VCCV_{CC}短路成地,原来接在VCCV_{CC}上的RbR_b⁠、RcR_c的那一端就接到地上了。于是RbR_b并在输入端(b 对地),RcR_c和RLR_L 并联在输出端(c 对地)。

这个"RcR_c和RLR_L并联"非常重要,后面交流负载线、电压增益都要用:

RL′=Rc/ ⁣/RL=RcRLRc+RLR_L'=R_c/\!/R_L=\frac{R_cR_L}{R_c+R_L}

RL′R_L'(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 kΩR_c=4\ \text{k}\Omega⁠,RL=4 kΩR_L=4\ \text{k}\Omega⁠。求RL′R_L'⁠;若RL=12 kΩR_L=12\ \text{k}\Omega呢?

解:RL′=4×44+4=2 kΩR_L'=\dfrac{4\times4}{4+4}=2\ \text{k}\Omega⁠;RL=12 kΩR_L=12\ \text{k}\Omega时RL′=4×1216=3 kΩR_L'=\dfrac{4\times12}{16}=3\ \text{k}\Omega⁠。并联电阻总比两者中较小的那个还小,可用来检查。

⚠️ 易错点:

  1. 画交流通路时VCCV_{CC}是"短路到地",不是"开路"。很多人把RcR_c的上端画成悬空,就算不出RL′R_L'了。
  2. 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),RLR_L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IBQI_{BQ}⁠、ICQI_{CQ}的方向和VCEQV_{CEQ}的极性。 第 2 步:由基极回路(输入回路)求IBQI_{BQ}⁠。 第 3 步:由电流分配关系求ICQ=βIBQI_{CQ}=\beta I_{BQ}(忽略ICEOI_{CEO}⁠),再由集电极回路(输出回路)求VCEQV_{CEQ}⁠。 第 4 步(别省):验证VCEQ>VCESV_{CEQ}>V_{CES}(或VCEQ>VBEQV_{CEQ}>V_{BEQ}⁠)——管子确实在放大区,QQ点才有意义。

对图 1a 的双电源原理电路:

IBQ=VBB−VBEQRb,ICQ≈βIBQ,VCEQ=VCC−ICQRcI_{BQ}=\frac{V_{BB}-V_{BEQ}}{R_b},\qquad I_{CQ}\approx\beta I_{BQ},\qquad V_{CEQ}=V_{CC}-I_{CQ}R_c

对图 1b 的单电源固定偏置电路,基极回路是VCC→Rb→V_{CC}\to R_b\to发射结 → 地:

IBQ=VCC−VBEQRb≈VCCRb(VCC≫VBEQ 时)I_{BQ}=\frac{V_{CC}-V_{BEQ}}{R_b}\approx\frac{V_{CC}}{R_b}\quad(V_{CC}\gg V_{BEQ}\ \text{时}) ICQ=βIBQ,VCEQ=VCC−ICQRcI_{CQ}=\beta I_{BQ},\qquad V_{CEQ}=V_{CC}-I_{CQ}R_c

逐行拆解:

  • 基极回路 KVL:VCC=IBQRb+VBEQV_{CC}=I_{BQ}R_b+V_{BEQ}⁠,移项就是第一式;
  • 集电极回路 KVL:VCC=ICQRc+VCEQV_{CC}=I_{CQ}R_c+V_{CEQ}⁠,移项就是第三式;
  • "≈VCC/Rb\approx V_{CC}/R_b"是教材常用的近似,VCC=12V_{CC}=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 V1\ \text{mA}\times1\ \text{k}\Omega=1\ \text{V}⁠)。

4.2 例题

例题 3(教材例 5.2.1):图 1a 中VBB=4 VV_{BB}=4\ \text{V}⁠,VCC=12 VV_{CC}=12\ \text{V}⁠,Rb=220 kΩR_b=220\ \text{k}\Omega⁠,Rc=5.1 kΩR_c=5.1\ \text{k}\Omega⁠,β=80\beta=80⁠,VBEQ=0.7 VV_{BEQ}=0.7\ \text{V}⁠。求QQ点并说明工作状态。

解:

第 1 步,基极回路:

IBQ=(4−0.7) V220 kΩ=0.015 mA=15 μAI_{BQ}=\frac{(4-0.7)\ \text{V}}{220\ \text{k}\Omega}=0.015\ \text{mA}=15\ \mu\text{A}

第 2 步,ICQ=βIBQ=80×15 μA=1200 μA=1.2 mAI_{CQ}=\beta I_{BQ}=80\times15\ \mu\text{A}=1200\ \mu\text{A}=1.2\ \text{mA}⁠。

第 3 步,集电极回路:

VCEQ=12−1.2×5.1=12−6.12=5.88 VV_{CEQ}=12-1.2\times5.1=12-6.12=5.88\ \text{V}

第 4 步,验证:VBEQ=0.7 VV_{BEQ}=0.7\ \text{V}发射结正偏;VCEQ=5.88 V>VBEQV_{CEQ}=5.88\ \text{V}>V_{BEQ}⁠,集电结反偏 → 放大区,QQ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 VV_{CC}=12\ \text{V}⁠,Rb=300 kΩR_b=300\ \text{k}\Omega⁠,Rc=4 kΩR_c=4\ \text{k}\Omega⁠,RL=4 kΩR_L=4\ \text{k}\Omega⁠,β=40\beta=40⁠,VBEQ=0.7 VV_{BEQ}=0.7\ \text{V}⁠。求QQ点。(这组数据下一讲还要用。)

解:

第 1 步,画直流通路(图 2a):Cb1C_{b1}⁠、Cb2C_{b2}开路,RLR_L不出现。

第 2 步,精确计算:

IBQ=12−0.7300 mA≈0.03767 mA=37.67 μAI_{BQ}=\frac{12-0.7}{300}\ \text{mA}\approx0.03767\ \text{mA}=37.67\ \mu\text{A} ICQ=40×0.03767≈1.507 mAI_{CQ}=40\times0.03767\approx1.507\ \text{mA} VCEQ=12−1.507×4≈5.97 VV_{CEQ}=12-1.507\times4\approx5.97\ \text{V}

第 3 步,近似计算(忽略VBEQV_{BEQ}⁠):IBQ≈12/300=40 μAI_{BQ}\approx12/300=40\ \mu\text{A}⁠,ICQ≈1.6 mAI_{CQ}\approx1.6\ \text{mA}⁠,VCEQ≈12−6.4=5.6 VV_{CEQ}\approx12-6.4=5.6\ \text{V}⁠。ICQI_{CQ}的误差约 6%。

第 4 步,验证:VCEQ=5.97 VV_{CEQ}=5.97\ \text{V}⁠,约为VCCV_{CC}的一半,管子在放大区中部,QQ点合适。

例题 5(设计QQ点):VCC=12 VV_{CC}=12\ \text{V}⁠,β=50\beta=50⁠,要求ICQ=2 mAI_{CQ}=2\ \text{mA}⁠、VCEQ=6 VV_{CEQ}=6\ \text{V}⁠。求固定偏置电路的RcR_c⁠、RbR_b⁠;若RbR_b取标称值 280 kΩ,实际QQ点是多少?

解:

第 1 步,由集电极回路:Rc=VCC−VCEQICQ=12−62 kΩ=3 kΩR_c=\dfrac{V_{CC}-V_{CEQ}}{I_{CQ}}=\dfrac{12-6}{2}\ \text{k}\Omega=3\ \text{k}\Omega⁠。

第 2 步,IBQ=ICQβ=2 mA50=40 μAI_{BQ}=\dfrac{I_{CQ}}{\beta}=\dfrac{2\ \text{mA}}{50}=40\ \mu\text{A}⁠。

第 3 步,由基极回路:Rb=VCC−VBEQIBQ=11.3 V0.04 mA=282.5 kΩR_b=\dfrac{V_{CC}-V_{BEQ}}{I_{BQ}}=\dfrac{11.3\ \text{V}}{0.04\ \text{mA}}=282.5\ \text{k}\Omega⁠。

第 4 步,取 280 kΩ 反算:IBQ=11.3/280≈40.36 μAI_{BQ}=11.3/280\approx40.36\ \mu\text{A}⁠,ICQ≈2.018 mAI_{CQ}\approx2.018\ \text{mA}⁠,VCEQ=12−2.018×3≈5.95 VV_{CEQ}=12-2.018\times3\approx5.95\ \text{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\beta=50⁠,VBEQ=−0.7 VV_{BEQ}=-0.7\ \text{V}⁠),电源改为−VCC=−12 V-V_{CC}=-12\ \text{V}⁠,电容极性反接,其他电阻不变。求QQ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∣=12−0.7300 mA≈37.67 μA,∣ICQ∣=50×37.67 μA≈1.883 mA\lvert I_{BQ}\rvert=\frac{12-0.7}{300}\ \text{mA}\approx37.67\ \mu\text{A},\quad \lvert I_{CQ}\rvert=50\times37.67\ \mu\text{A}\approx1.883\ \text{mA} ∣VCEQ∣=12−1.883×4≈4.47 V\lvert V_{CEQ}\rvert=12-1.883\times4\approx4.47\ \text{V}

所以VCEQ≈−4.47 VV_{CEQ}\approx-4.47\ \text{V}(集电极比发射极低),IBQI_{BQ}⁠、ICQI_{CQ}的实际方向是流出基极和集电极。∣VCEQ∣>∣VBEQ∣\lvert V_{CEQ}\rvert>\lvert V_{BEQ}\rvert⁠,放大区。

⚠️ 易错点:

  1. 求QQ点一定用直流通路,不要把RLR_L并到RcR_c上(那是交流的事)。
  2. 求出VCEQV_{CEQ}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ICSI_{CS}计算(见下一节例题 7)。
  3. PNP 电路的VCEQV_{CEQ}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、QQ点"合不合适":先认识两种坏情况 ⭐⭐

QQ点就是秋千的"停放位置":

  • 太低(⁠ICQI_{CQ}太小,VCEQV_{CEQ}接近VCCV_{CC}⁠)→ 信号负半周时管子容易进入截止区;
  • 太高(⁠ICQI_{CQ}太大,VCEQV_{CEQ}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VCEQV_{CEQ}在VCCV_{CC}的一半左右比较稳妥。


六、固定偏置电路的致命弱点:QQ点随β\beta⁠、温度变化 ⭐⭐⭐(为真题 2(2) 铺垫)

6.1 大白话

固定偏置电路里,IBQI_{BQ}由VCC/RbV_{CC}/R_b定死了,而ICQ=βIBQI_{CQ}=\beta I_{BQ} 直接正比于β\beta。可是β\beta⁠:

  • 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ICEOI_{CEO}增大、VBEV_{BE}减小(第 04 讲下)。

所以换一只管子或者天气热了,ICQI_{CQ}就跟着变,QQ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 VV_{CC}=12\ \text{V}⁠,Rb=300 kΩR_b=300\ \text{k}\Omega⁠,Rc=4 kΩR_c=4\ \text{k}\Omega⁠)原来用β=40\beta=40的管子,VCEQ≈5.97 VV_{CEQ}\approx5.97\ \text{V}⁠。(1) 换成β=60\beta=60的管子,VCEQV_{CEQ}变为多少?(2) 换成β=80\beta=80呢?(⁠VCES=0.3 VV_{CES}=0.3\ \text{V}⁠)

解:IBQ=37.67 μAI_{BQ}=37.67\ \mu\text{A}不随β\beta变。

(1) ICQ=60×37.67 μA≈2.26 mAI_{CQ}=60\times37.67\ \mu\text{A}\approx2.26\ \text{mA}⁠,VCEQ=12−2.26×4≈2.96 VV_{CEQ}=12-2.26\times4\approx2.96\ \text{V}⁠。QQ点已明显偏向饱和区。

(2) 假设放大:ICQ=80×37.67 μA≈3.013 mAI_{CQ}=80\times37.67\ \mu\text{A}\approx3.013\ \text{mA}⁠,VCEQ=12−3.013×4≈−0.05 VV_{CEQ}=12-3.013\times4\approx-0.05\ \text{V}——不可能为负,说明已经饱和。实际VCEQ=VCES=0.3 VV_{CEQ}=V_{CES}=0.3\ \text{V}⁠,ICQ=ICS=12−0.34≈2.925 mAI_{CQ}=I_{CS}=\dfrac{12-0.3}{4}\approx2.925\ \text{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=βVCC−VBEQRbI_{CQ}=\beta\dfrac{V_{CC}-V_{BEQ}}{R_b}直接依赖β\beta⁠,而β\beta⁠、ICEOI_{CEO}⁠、VBEV_{BE}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ReR_e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QQ点,加上小信号viv_i后,各量都是"直流 + 交流"。用例题 4 的参数,加10 mV10\ \text{mV}振幅的正弦输入(⁠RLR_L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):

共射放大电路各点电压电流波形vi12-12mV交流输入iB600μA直流 IBQ + 交流 ibiC2.40mA直流 ICQ + 交流 icvCE90V直流 VCEQ − 交流(反相)vo2.4-2.4V隔直后只剩交流,与 vi 反相时间 t →(画两个周期)

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:

  1. iBi_B⁠、iCi_C在IBQI_{BQ}⁠、ICQI_{CQ}上下波动,始终为正——管子从来没有截止,这正是QQ点的作用;
  2. viv_i正半周 → iBi_B⁠、iCi_C增大 → RcR_c上压降增大 → vCE=VCC−iCRcv_{CE}=V_{CC}-i_CR_c 减小;所以vCEv_{CE}的交流部分和viv_i 反相;
  3. Cb2C_{b2}隔掉vCEv_{CE}的直流部分VCEQV_{CEQ}⁠,输出vo=vcev_o=v_{ce}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:vCEv_{CE}总是正的(约 4~8 V 之间变化),vov_o才是正负交替的交流。不要把vCEv_{CE}的波形画到横轴以下。


速记卡

项目 内容
为何要QQ点 越过死区、让信号整个周期都在放大区
符号 总量iCi_C = 直流ICQI_{CQ} + 交流ici_c
共射电路 发射极为公共端;固定偏置:VCCV_{CC}经RbR_b供基极偏流
RbR_b 定偏流IBQI_{BQ}⁠,设定QQ点
RcR_c 把ΔiC\Delta i_C变成Δv\Delta v⁠;没有它就没有电压输出
Cb1C_{b1}⁠、Cb2C_{b2} 隔直通交;RLR_L⁠、信号源不影响QQ点;电解电容注意极性
直流通路 vs=0v_s=0⁠,电容开路
交流通路 大电容短路,VCCV_{CC}短路接地 → RL′=Rc/ ⁣/RLR_L'=R_c/\!/R_L
固定偏置QQ点 IBQ=VCC−VBEQRbI_{BQ}=\dfrac{V_{CC}-V_{BEQ}}{R_b}⁠,ICQ=βIBQI_{CQ}=\beta I_{BQ}⁠,VCEQ=VCC−ICQRcV_{CEQ}=V_{CC}-I_{CQ}R_c
必做验证 VCEQ>VCESV_{CEQ}>V_{CES}(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∝βI_{CQ}\propto\beta⁠,QQ点随β\beta⁠、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RbR_b⁠、RcR_c⁠、Cb1C_{b1}⁠、Cb2C_{b2}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

RbR_b⁠:与VCCV_{CC}一起提供基极偏流IBQI_{BQ}⁠;RcR_c⁠:把集电极电流的变化转换为电压的变化,并使集电结反偏;Cb1C_{b1}⁠、Cb2C_{b2}⁠: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、VCCV_{CC}短路接地。

2.(计算)图 1a 原理电路,VBB=6 VV_{BB}=6\ \text{V}⁠,Rb=100 kΩR_b=100\ \text{k}\Omega⁠,VCC=12 VV_{CC}=12\ \text{V}⁠,Rc=2 kΩR_c=2\ \text{k}\Omega⁠,β=100\beta=100⁠,VBEQ=0.7 VV_{BEQ}=0.7\ \text{V}⁠。求QQ点并判断工作状态;这个QQ点适合放大大信号吗?

答案与提示

IBQ=(6−0.7)/100=0.053 mA=53 μAI_{BQ}=(6-0.7)/100=0.053\ \text{mA}=53\ \mu\text{A}⁠,ICQ=5.3 mAI_{CQ}=5.3\ \text{mA}⁠,VCEQ=12−5.3×2=1.4 VV_{CEQ}=12-5.3\times2=1.4\ \text{V}⁠。1.4 V>0.7 V1.4\ \text{V}>0.7\ \text{V}⁠,放大区。但VCEQV_{CEQ}只有 1.4 V,离饱和很近,大信号正半周会进入饱和——QQ点偏高,不适合大信号。

3.(计算)单电源固定偏置电路,VCC=15 VV_{CC}=15\ \text{V}⁠,Rb=560 kΩR_b=560\ \text{k}\Omega⁠,Rc=5.1 kΩR_c=5.1\ \text{k}\Omega⁠,β=60\beta=60⁠,VBEQ=0.7 VV_{BEQ}=0.7\ \text{V}⁠。求QQ点。

答案与提示

IBQ=14.3/560≈25.54 μAI_{BQ}=14.3/560\approx25.54\ \mu\text{A}⁠,ICQ=60×25.54 μA≈1.532 mAI_{CQ}=60\times25.54\ \mu\text{A}\approx1.532\ \text{mA}⁠,VCEQ=15−1.532×5.1≈7.18 VV_{CEQ}=15-1.532\times5.1\approx7.18\ \text{V}⁠,放大区。

4.(设计)VCC=9 VV_{CC}=9\ \text{V}⁠,β=100\beta=100⁠,要求ICQ=1 mAI_{CQ}=1\ \text{mA}⁠、VCEQ=4.5 VV_{CEQ}=4.5\ \text{V}⁠,求固定偏置电路的RcR_c和RbR_b⁠。

答案与提示

Rc=(9−4.5)/1=4.5 kΩR_c=(9-4.5)/1=4.5\ \text{k}\Omega⁠;IBQ=10 μAI_{BQ}=10\ \mu\text{A}⁠,Rb=(9−0.7)/0.01=830 kΩR_b=(9-0.7)/0.01=830\ \text{k}\Omega⁠。

5.(华师真题风格)例题 4 的电路(⁠VCC=12 VV_{CC}=12\ \text{V}⁠,Rc=4 kΩR_c=4\ \text{k}\Omega⁠,β=40\beta=40⁠)调试时测得VCEQ≈0.3 VV_{CEQ}\approx0.3\ \text{V}⁠。(1) 管子处于什么状态?(2) 应把RbR_b调大还是调小?(3) 要使VCEQ=6 VV_{CEQ}=6\ \text{V}⁠,RbR_b应取多大?

答案与提示

(1) 饱和。(2) 饱和说明IBQI_{BQ}太大,应增大 RbR_b⁠。(3) ICQ=(12−6)/4=1.5 mAI_{CQ}=(12-6)/4=1.5\ \text{mA}⁠,IBQ=1.5/40=37.5 μAI_{BQ}=1.5/40=37.5\ \mu\text{A}⁠,Rb=11.3/0.0375≈301.3 kΩR_b=11.3/0.0375\approx301.3\ \text{k}\Omega(取 300 kΩ)。

6.(概念)为什么说阻容耦合放大电路的负载电阻RLR_L不影响静态工作点,却影响电压放大倍数?

答案与提示

Cb2C_{b2}隔直,直流通路中RLR_L被断开,所以不影响QQ点;交流通路中Cb2C_{b2}短路,RLR_L与RcR_c并联成RL′R_L'⁠,输出电压vo=−icRL′v_o=-i_cR_L'⁠,所以RLR_L越小,RL′R_L'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=βVCC−VBEQRb+ICEOI_{CQ}=\beta\dfrac{V_{CC}-V_{BEQ}}{R_b}+I_{CEO}⁠,温度升高时β\beta⁠、ICEOI_{CEO}增大、VBEQV_{BEQ}减小,都使ICQI_{CQ}增大;更换管子时β\beta的分散性也使ICQI_{CQ}变化。电路中没有自动调节ICQI_{CQ}的机制,QQ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QQ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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