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一个典型的BJT共基极放大器电路如下图所示:
图 3-4.01
输入端口vi和输出端口vo共用BJT的基极端子,VEE和RE构成发射结的偏置电压,VCC和RC构成集电结的偏置电压。和上小节的共基组态相比,输入端和输出端多了两个耦合电容C1和C2,稍后我们会解释这两个电容的作用。
下面我们一步一步对这个共基放大电路进行详细分析。
1. 耦合电容
一般来说,我们需要放大的原始信号通常为自然的不规则变化信号,而且原始信号的幅值非常微小(mV或uV级),在0V上下的很小范围内波动,如下图所示:
图 3-4.02
根据信号分析理论,任何不规则的非周期信号都可以由一系列幅值和频率不同的正弦信号叠加得到。因此,只要分析了某个特定的正弦输入信号经过放大器后的输出信号的放大倍数,那么,放大电路对其他所有频率和幅值的正弦信号都应遵守这个放大倍数。输出信号无非是对这一系列被放大的正弦信号的线性叠加,因此,输出的不规则信号也会被放大相同倍数。
由于正弦信号通常又称为“交流信号”,故我们将放大电路对正弦输入信号的放大倍数,称为“交流放大倍数”。
但问题是,这样微弱的信号,如果不加偏置电压,直接连接到共基组态电路的输入端,BJT是无法工作的,因为在输入信号正半周,虽然发射结正偏,但输入信号幅值通常远小于0.7V,无法使发射结导通;而在信号负半周,发射结更是进入反偏状态,完全无法工作。最好是将这个输入信号叠加在0.7V左右的直流电平上,使发射结能够正偏且产生一定的电流,如下图所示:
图 3-4.03
回忆电容器的特性:电容阻碍直流电流通过,对直流信号相当于开路;但是对于交流信号相当于短路,具有“隔直通交”的特性。因此,这就是耦合电容C1的作用,它可以将交流信号耦合叠加在一个独立的直流偏置电源上,如下图所示:
图 3-4.04
至于电容C1的值取多大,这个取决于你要放大多高频率的输入信号,这个我们在后面讲频率响应的章节再详细讲。现在你可以当这个电容为一个理想的“隔直通交”器件:
如此这般,就可以在共基电路的发射结上,产生0.7V上下微小正弦波动的电压(VBE),进而使发射极电流IE也产生这样的上下正弦波动。如下图所示:
图 3-4.05
一般0.7V的标准电源不太好找,我们可以用一个容易得到的标准电源(比如5V),再加一个分压电阻来得到我们需要的0.7V偏置,至于这个分压电阻阻值取多大,这个在下面的静态工作点分析中会讲。
2. 静态工作点
(1) 输入静态工作点
我们将共基放大电路重画于下,在直流分析(静态分析)时,可将动态输入电压vi视为0。
图 3-4.06
对于输入端,在BJT的发射结正偏状态下,发射结可视为一个二极管PN结,我们采用简化分析模型,一般假设VBE固定为0.7V。
在输入回路可得:
上式的IE即为输入端的静态工作电流,在上式中我们可以取合适的RE,而得到一个比较合理的IE值(一般为几个毫安级)。
(2) 输出静态工作点
输出静态工作点,即为求IC和VCB,由于IC≈IE,因此,主要任务是求VCB。输出回路的电压电流关系如下图所示:
图 3-4.07
在输出回路可得:
在实际计算中,常可用IE近似IC代入上式进行计算。
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