基本放大电
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一、引言
在模拟电子技术领域，晶体管放大电路是核心内容之一。共集、共射、共基这三种基本放大电路接法各具特色，是构建各种复杂电子电路的基础，对于信号的放大、处理和传输起着关键作用。深入理解它们的工作原理、特性及应用，是掌握模拟电子技术的重要环节。
二、放大电路的基本组成
1、核心元件
晶体管（BJT或FET）或运算放大器。
2、偏置电路
为晶体管提供静态工作点（Q点），确保信号不失真。
输入/输出耦合电容：隔离直流，传递交流信号。
3、负载电阻
将电流变化转换为电压输出。
三、共集放大电路
1.电路组成
共集放大电路以集电极为公共端，输入信号从基极输入，发射极输出信号。电路通常包含基极电阻、发射极电阻、直流电源等元件。基极电阻用于限制基极电流，发射极电阻起到稳定工作点和控制输出电压的作用，直流电源为电路提供能量。
2.静态工作点分析
通过直流通路来确定静态工作点。根据基尔霍夫定律，可列出输入回路方程，计算出基极电流I_{BQ}，进而得到发射极电流I_{EQ}和集电极电流I_{CQ}，同时确定集 - 射极电压U_{CEQ}，确保晶体管工作在放大区。
3.动态参数分析
电压放大倍数A_{u}接近但小于1，即0 < A_{u}< 1，无电压放大能力，但有电流放大能力，因为发射极电流I_{E}远大于基极电流I_{B}。输入电阻R_{i}较大，发射极电阻R_{e}等效到输入端后使输入电阻增大，表达式为R_{i}=R_{b}+r_{be}+(1+\beta)R_{e}。输出电阻R_{o}较小，其值约为R_{o}=\frac{r_{be}+(R_{b}\parallel R_{s})}{1+\beta}，带负载能力强。 特点与应用：具有电压跟随特性，输出电压近似等于输入电压，常用于电压放大电路的输入级和输出级。在输入级可减小对信号源的影响，在输出级可增强带负载能力，还可作为缓冲级，起到隔离和阻抗匹配的作用，减少电路间相连带来的影响。
四、共射放大电路
1.电路组成
共射放大电路以发射极为公共端，基极输入信号，集电极输出信号。典型电路包括集电极电阻、基极电阻、发射极电阻和电容等。集电极电阻将集电极电流的变化转化为电压变化，实电压放大；基极电阻为基极提供合适的偏置电流；电容用于隔直流通交流，使交流信号能顺利通过。
2.静态工作点分析
利用直流通路，根据晶体管的特性和电路参数计算静态工作点。在输入回路中，基极电源V_{BB}和基极电阻R_{b}共同决定基极电流I_{BQ}；在输出回路中，集电极电源V_{CC}、集电极电阻R_{c}和I_{CQ}确定集 - 射极电压U_{CEQ}，保证晶体管工作在放大区，即U_{CEQ}>U_{BEQ}。
3.动态参数分析
电压放大倍数A_{u}=-\frac{\beta R_{L}'}{r_{be}}，其中R_{L}'=R_{c}\parallel R_{L}，绝对值较大，有较强的电压放大能力，同时电流放大倍数也较大。输入电阻R_{i}=R_{b}\parallel r_{be}，适中。输出电阻R_{o}=R_{c}，较大。输出信号与输入信号相位相反。
4.特点与应用
既能放大电流又能放大电压，增益较高，常作为低频电压放大电路的单元电路，广泛应用于需要高增益的放大电路，如音频放大器、多级放大电路的中间级等，以提高整个电路的放大倍数。
五、共基放大电路
1.电路组成
共基放大电路以基极为公共端，发射极输入信号，集电极输出信号。电路结构包含发射极电阻、集电极电阻、基极偏置电阻等。发射极电阻用于稳定发射极电流，基极偏置电阻为基极提供合适的直流偏置，使晶体管工作在放大区。
2.静态工作点分析
与共射、共集放大电路类似，通过直流通路分析静态工作点。根据基尔霍夫定律，计算出各电极的静态电流和电压，确保晶体管满足放大条件。
3.动态参数分析
电压放大倍数A_{u}=\frac{\beta R_{L}'}{r_{be}}，与共射电路相当，但电流放大倍数A_{i}=\frac{I_{c}}{I_{e}}\approx1，小于1，没有电流放大能力。输入电阻R_{i}=r_{be}\parallel R_{e}，较小。输出电阻R_{o}=R_{c}，与共射电路相当。输入与输出信号同相。
4.特点与应用
高频特性好，通频带宽，因为不存在密勒效应，适用于高
六、三种放大电路的比较
1.电压放大能力
共射和共基放大电路电压放大倍数较高，共集放大电路电压放大倍数接近1，无明显电压放大作用。
2.电流放大能力
共射和共集放大电路有电流放大能力，共基放大电路无电流放大能力，其发射极电流和集电极电流近似相等。
3.输入输出电阻
共集放大电路输入电阻最大、输出电阻最小；共射放大电路输入电阻适中、输出电阻较大；共基放大电路输入电阻小、输出电阻较大。
4。相位关系
共射放大电路输入与输出反相，共集和共基放大电路输入与输出同相。
5.频率特性
共基放大电路高频特性好，通频带宽；共射放大电路由于密勒效应，频带较窄；共集放大电路频率特性介于两者之间，不存在密勒效应，性能较好。
七、应用选择
1、需求
如一般的音频放大电路、低频电压放大电路等。例如，在音频功率放大器的前置放大级，需要将微弱的音频信号进行较大倍数的电压放大，共射放大电路就可以很好地满足这一需求。
若要求输入电阻大、输出电阻小，起到缓冲和阻抗匹配作用，如在多级放大电路的输入级，为了减小对信号源的影响，以及在输出级，为了增强带负载能力，常选用共集放大电路。像在一些传感器信号采集电路中，传感器输出信号通常很微弱，需要一个高输入电阻的电路来获取信号，共集放大电路就可以作为输入级来实现这一功能。
2、选择
对于高频信号放大，需要良好的频率特性时，共基放大电路是较好的选择，如射频通信中的高频放大电路、电视接收机的高频头电路等。在这些应用中，需要放大的信号频率较高，共基放大电路能够有效地对高频信号进行放大，且失真较小。
通过对共集、共射和共基放大电路的详细分析和比较，可以根据具体的电路设计要求和应用场景，选择合适的放大电路类型，以实现最佳的电路性能。同时，这三种基本放大电路也是进一步学习和研究其他复杂电子电路的基础，深入理解它们的原理和特性，对于掌握模拟电子技术具有重要意义。
八、仿真
共射放大电路
1. 新建项目
打开Proteus软件，创建新项目，选择合适的模板。
2. 添加元件
从元件库中选择NPN型三极管、电阻、电容、直流电源、信号源、示波器和万用表等元件，放置在工作区。
3. 连接电路
将三极管的发射极接地，基极通过电阻接信号源和偏置电路，集电极通过电阻接直流电源和示波器，按照共射放大电路的原理连接各元件。
4. 设置参数
设置直流电源电压、信号源的频率和幅度等仿真参数。
5. 启动仿真
观察示波器显示的输入输出波形，用万用表测量三极管各极的电压和电流，分析放大电路的性能。
共集放大电路
1. 搭建电路
类似于共射电路的搭建，从元件库中选取所需元件，将三极管的发射极通过电阻接负载和示波器，基极接信号源和偏置电路，集电极接直流电源。
2. 参数设置
设置合适的信号源参数和直流电源电压。
3. 仿真分析
启动仿真，观察输入输出波形的关系，测量相关电压和电流，分析共集放大电路的特点，如电压放大倍数略小于1、输入电阻高、输出电阻低等。
共基放大电路
1. 电路连接
选择元件并连接电路，将三极管的基极接地，发射极接信号源和电容，集电极通过电阻接直流电源和示波器。
2. 设置仿真条件
设置信号源的频率、幅度以及直流电源的电压等参数。
3. 进行仿真
运行仿真，观察输出波形与输入波形的相位关系和幅度变化，测量相关参数，了解共基放大电路的特性，如电压放大倍数与共射电路相近、高频特性好等。
除了Proteus软件，EWB等软件也可进行相关仿真，步骤与上述类似，只是软件操作和界面有所不同。
九、电路结构与功能对比（共射放大电路）
1.结构
输入信号加在基极，输出信号从集电极取出，发射极接地。
2.功能
既能放大电压，也能放大电流，是最常用的放大电路（如音频放大），但高频特性较差。
共集放大电路（射极跟随器）
3.结构
输入信号加在基极，输出信号从发射极取出，集电极接电源。
4.功能
电压放大倍数≈1（无电压放大能力），但输入电阻高（适合信号源隔离）、输出电阻低（带负载能力强），常用于缓冲电路。
共基放大电路
5.结构
输入信号加在发射极，输出信号从集电极取出，基极接地（交流通路）。
6.功能
电压放大倍数与共射电路相近，但电流放大倍数≈1，高频特性好（适用于高频信号放大），常用于射频电路。
对比维度共射放大电路共集放大电路（射极跟随器）
共基放大电路
输入信号接入端基极（B）|基极（B）|发射极（E）
输出信号取出端集电极（C）|发射极（E）|集电极（C）
公共端**|发射极（E）接地|集电极（C）接电源|基极（B）接地（交流通路）
电压放大倍数（A₀）**|较大（几十到几百，反相放大）|≈1（同相，无电压放大能力）|与共射相近（同相放大）
电流放大倍数（Aᵢ）**|较大（β倍）|较大（1+β倍）|≈1（电流跟随）
输入电阻（Rᵢ）中等（几百到几千欧）|高（几十千欧）|低（几十欧）
输出电阻（Rₒ）中等（几千欧）|低（几欧到几十欧）|中等（几千欧）
相位关系输入与输出反相|输入与输出同相|输入与输出同相
高频特性较差一般|好（通频带宽）
典型应用低频信号放大（如音频放大器）|信号缓冲、阻抗匹配（如接口电路）|高频信号放大（如射频电路）
失真风险**|偏置不当易饱和/截止失真|失真较小（线性度高）|需注意发射极偏置稳定性
静态工作点关键参数**|VCE≈VCC/2（正常放大区）|VCE≈VCC - IE×RE（发射极电阻分压）|VCB≈VCC - IC×RC（基极接地）
十、关键特性参数
1.电压放大倍数（A₀）
共射：A₀ = -β(Rc//RL)/rbe（负号表示输出与输入反相）。
共集：A₀ ≈ 1（输出与输入同相）。
共基：A₀ = β(Rc//RL)/rbe（输出与输入同相）。
2.输入电阻（Ri）
共射：Ri = rbe + (1+β)Re（Re为发射极电阻），一般几百到几千欧。
共集：Ri ≈ β(rbe + Re)，可达几十千欧（高输入电阻）。
共基：Ri = rbe/(1+β)，仅几十欧（低输入电阻）。
输出电阻（Ro）
共射：Ro ≈ Rc，几千欧（中等输出电阻）。
共集：Ro ≈ Re/(1+β)，仅几欧（低输出电阻）。
共基：Ro ≈ Rc，几千欧（与共射类似）。
十一、相位关系
1.1 共射
输入与输出信号相位相反（反相放大）。
1.2共集
输入与输出信号相位相同（同相放大）。
适用场景：
2.1共射
低频信号放大（如收音机、音响前置放大）。
2.2共集
信号缓冲、阻抗匹配（如传感器与放大器之间的接口）。
2.3共基
高频信号放大（如电视高频头、射频放大器）。
十二、放大电路的频率响应
1.1低频段
耦合电容（C1、C2）和旁路电容（Ce）的容抗增大，导致电压放大倍数下降（如RC耦合电路中，低频截止频率fL≈1/(2πRC)）。
1.2中频段
电容视为短路，放大倍数稳定。
1.3高频段
晶体管结电容（如Cπ、Cμ）和分布电容的容抗减小，引入相移，放大倍数下降（高频截止频率fH≈1/(2πrbeCπ)）。
2. 通频带（BW）
定义为fH - fL，表征电路对不同频率信号的放大能力，如音频放大电路通频带通常为20Hz~20kHz。
十三、反馈放大电路基础
1. 反馈类型判断
1.1正反馈与负反馈：
正反馈增强输入信号（用于振荡电路），负反馈稳定输出（如减小失真、稳定放大倍数）。
1.2电压/电流反馈：
反馈信号取自输出电压为电压反馈（稳定输出电压），取自输出电流为电流反馈（稳定输出电流）。
1.3串联/并联反馈
反馈信号与输入信号串联（电压比较）或并联（电流比较）。
2. 负反馈对放大电路的影响
2.1放大倍数下降
引入反馈后，闭环放大倍数Af = A/(1+AF)，其中A为开环放大倍数，F为反馈系数。
2.2改善非线性失真
负反馈将失真的输出信号反相后与输入信号叠加，抵消部分失真。
2.3扩展通频带
通频带宽度约为开环时的(1+AF)倍。
十四、功率放大电路
1. 分类与效率
1.1甲类（A类）
Q点位于负载线中点，失真小但效率低（≤25%），适用于小功率场合。
1.2乙类（B类）
Q点位于截止区，仅半周期导通，效率高（≈78.5%），但存在交越失真。
1.3甲乙类（AB类）
Q点略高于截止区，兼顾效率（≈60%~70%）和失真，如OCL（无输出电容）、OTL（无输出变压器）电路。
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