【晶体管电路设计】四、共基极放大电路设计

共基极放大电路设计

一、概述

共基极放大电路是三极管放大电路的另一组态，由于其密勒电容较小，在高频段较为常用，用于扩展放大器的频率特性（但由于增益带宽积的限制，不是无限扩展的）；但是其输入阻抗较小，输出阻抗高，是一种较难使用的电路，故需要配合射极跟随器等电路使用。如在高频接收机前级LNA中就是共射-共基电路组态。在设计过程来看，与共射极放大电路的设计流程基本相同。

二、电路原理

要想晶体管作为放大器来工作，那么就要设计其静态工作点在放大区。形象的说法就是保证管内电流从基极流向射极、从集电极流向射极而不能调转方向（对NPN管）。共基极放大电路同样要满足这个要求。

首先进行直流分析：共基极放大电路的直流通路和共射极放大电路基本相同，在设计的时候也类似进行设计。射极电位由R3和R4控制，基极电位由R1和R2计算，射极静态电流是由基极电位和R3、R4共同决定的，集电极电位决定了输出信号的中央，这影响着输出信号的摆幅；此外，交流增益由R3和R5确定。
再进行交流分析：基极交流接地，故不存在交流信号，根据射极跟随器原理，射极（上图探针处）也不存在交流分量（实际上会存在一部分）。故在交流情况下，射极电流会以输入信号的形式变化（iE=(VE-v4)/R3），进而影响集电极电流；再经过集电极取出时产生了放大效果。
共基极放大电路是同相放大器。

三、设计流程

1. 确定供电电压，按常用电压即可；
2. 确定射极电位和集射电流，进而确定基极电位和射极电阻；
3. 射极电阻根据放大倍数分成两个，中间接入交流耦合后的信号，并确定集电极电阻；基极电位通过电源分压，并交流接地；
4. 检验耗散功率等极限值。

四、削波失真分析

放大电路的取出端静态点位为信号的中心，这决定了输出信号的“初始位置”和信号的摆幅。对于输出信号来说，上电源轨一般是电源电压，下电源轨一般是地或射极电位。如共射极放大器的电源轨即满足上述条件，而射极跟随器的上电源轨是集电极电位，下电源轨是地，原因是若输出信号大于集电极电位的话，集射电流会从射极流向集电极，这是不符合工作条件的。据此我们可以分析共基极放大电路的削波失真。
共基极放大电路的输出信号中心在集电极电位，在上图中为VCC-iE·R5；上电源轨是电源VCC，下电源轨是射极电位2V。按照设计，射极电流为1mA，那么集电极电位为15-5.1=9.9V，可见上摆幅余量为5.1V，下摆幅余量为9.9-2=7.9V，说明输出信号最可能出现削峰失真。一般来说，将集电极电位设计在上下电源轨中央最能利用输出范围，或者根据输出信号的最大幅值来改变上下摆幅余量。

五、应用

一般来说，共基极放大电路与共射极放大电路或射极跟随器配合使用较好，或用于调谐放大的应用。由于其等效密勒电容较小，后级对前级影响较小，故频率特性较共射极电路为好。

六、总结

共基极放大电路适用于高频段，具体设计方法和共射极放大电路相比并无太多不同，常与共射极电路配合使用。

风扬江渊
2020.5.8