共射放大電路為什么會失真？為什么沒有放大？

關于三極管前面已經發了6篇：

選擇三極管時應重點關注哪些參數？(1) 選擇三極管時應重點關注哪些參數？(2) 選擇三極管時應重點關注哪些參數？(3) 三極管的頻率問題 如何消除共射三極管放大電路失真？有仿真驗證 電流放大倍數β、截止頻率fβ，特征頻率fT三者間的關系，巨詳細！

除了前面2篇是偏理論的，后面4篇都是偏工程應用的。其實也都是在圍繞一個電路在討論：為什么會失真？為什么沒有放大？

第6篇文章，我們指出了前面文章的問題點，也討論了電流放大倍數β、截止頻率fβ，特征頻率fT三者間的關系，但是還是沒講清楚輸入信號在100kHz、10MHz、100MHz、300MHz時有什么區別？

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一道問題

照例，先拋出來一道問題：共射極三極管放大電路，為什么輸入信號的頻率不同，輸出信號的幅值不同呢？這里暫且不考慮飽和失真和截止失真的情況。這道題不會是面試題，面試官也不會問這么刁鉆。

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交流通路的前置條件

說到共射極三極管放大電路的交流通路，我想很多小伙伴都不陌生。大學老師也講過，畫交流通路，需要：

（1）把（內阻很小的）直流電壓源當做短路，（內阻很大的）直流電流源當做開路；

（2）把（容值較大的）電容當做短路；

對的，這里都沒錯。但是這里面有個條件：輸入信號需要在CE(共射極)組態電路的中頻帶內。在這個條件下，還有2塊內容是被認為已經約定俗成了。

①三極管的結電容（Cb'c、Cb‘e）被當做開路；

②放大電路中的耦合電容、旁路電容被當做短路；

這里的②和前面畫交流通路中的（2）是對應的。

可是，如果信號頻率超出中頻帶的上限頻率，進入高頻帶，此時三極管的結電容（Cb'c、Cb'e）阻抗在減小，不能再被當做開路。此時的交流通路就需要考慮Cb'c、Cb'e的影響。

同樣，如果信號頻率低于中頻帶的下限頻率，進入低頻帶，此時三極管的耦合電容、旁路電路阻抗在增加，不能再被當做短路。此時的交流通路就需要考慮耦合電容（如上圖中的C1、C2）的影響。

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CE放大電路中頻帶的Av

在上一篇文章中提到，我有把電流放大倍數β和電壓放大倍數Av搞混淆。開頭展示出的CE組態放大電路的電壓放大倍數Av是怎樣的呢？

不妨，我們先畫一下CE組態放大電路的交流通路，如上圖右側所示。

有了交流通路，我們可以很方便的計算出Vo和Vi，如上圖所示。

當(1+β)Re>>rbe時，rbe的影響可以忽略。β和1+β也可以近似約掉。

當RL足夠大時，Rc||RL可以約等于Rc，則有：

咋一看，這個電壓放大倍數Av只與Rc和Re有關，和頻率沒有關系。對的，在中頻帶內，確實可以有這樣的近似關系。

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CE放大電路高頻等效電路

上面畫出的是CE放大電路在中頻帶內的等效電路，那如果進入到高頻帶，就需要考慮結電容Cb'c、Cb'e的影響，不能再當做開路處理。

下圖左側方框內電路，即為CE放大電路高頻等效電路。注意此時的Cb'c跨接在b'和C之間，相當于既在輸入回路，又在輸出回路，這樣會使電路的計算變得復雜，我們需要做進一步簡化。

米勒（密勒）電容的等效可以把Cb'c轉化為輸入回路和輸出回路兩個部分。Cb'c等效到輸入回路的部分可以定量記作(1+gmR'L)Cb'c，Cb‘c等效到輸出回路的部分約等于Cb'c（容值很小，可忽略）。具體怎么等效的，這里不做展開討論。上圖的右側方框內，即為米勒等效后的CE放大電路高頻等效電路。

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CE放大電路的高頻截頻fh

上面說了CE放大電路的高頻等效電路，可以怎么才算是高頻區，怎么才算是中頻區呢？我們需要計算出中頻區的上限頻率fh。

計算起來是比較復雜的，需要在米勒等效后的電路再進行2次戴維寧等效，如下圖紅框所示，為戴維寧等效后的電路。

等效后的電路，看著是不是很熟悉！輸入回路就相當于是一個RC電路，此時的R和C都有一長串的計算關系式。

有了R、C的參數，我們就很容易得出等效后的電路的截止頻率fh

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實際推導計算

上面說了一大通，都是公式，一點也不切合實際。我們還是實際動手計算一下。小黑板已準備好，下圖為“硬件微講堂”號主手動推導計算的過程。

先把Cb1，Cb2，Rb1，Rb2，Rc，Re，RL數值羅列清楚，再把VBEQ，β0，Cb'c，fT，rbb'數值假設(或查詢)一下。

①計算靜態工作點IEQ，計算rb'e需要用；

②計算跨導gm，發射極電阻Re等效到輸入回路的電阻rb'e，結電容Cb'e；

③計算米勒等效和戴維寧等效后的R和C。

由于原來電路中沒有考慮電壓源Vs的內阻Rs，計算時也暫且先忽略其數據。這樣計算出來fh約為1MHz?？紤]到有些參數的數值為估算值，計算過程中也有很多近似，這個數值和實際可能有一些偏差。

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TINA-TI仿真

我們再用TINA-TI做下仿真看看頻率響應的效果?？梢酝ㄟ^兩個渠道來仿真。

①分析--交流分析--選擇“振幅”；

②T&M--信號分析儀--選擇“dB Magnitude”；

上圖，即為CE組態放大電路的中高頻的頻率響應，和低通濾波的頻響有些類似哈。圖中可以看出，放出來的fh=7.26MHz。和我們計算的1MHz雖然有差異，但不遠。

這個圖，也可以解釋前面提到的為什么10MHz、100MHz、200MHz、300MHz時，輸出的信號幅值不同。因為此時的信號頻率已超過中頻帶的上限頻率，已進入高頻區，放大電路的增益隨著頻率上升一直在下降。

在f=100MHz時 ，Gain=1.15dB，換算為電壓放大倍數Av=1.14156；

在f=200MHz時，Gain=0.662dB，換算為電壓放大倍數Av=1.079195；

在f=300MHz時，Gain=0.423dB，換算為電壓放大倍數Av=1.049905。

所以，當頻率為100M、200M、300MHz的信號輸入時，由于電壓放大倍數Av太小，放大電路整體表現為失去了放大作用。

在f=85kHz時，Gaim=13.69dB，換算為電壓放大倍數Av=4.83。接近于5倍，而正好是我們前面推導的中頻帶，Rc/Re=5的增益關系。

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總結

寫到這里，終于把前面共射極放大電路為什么不放大的原因說清楚了。

現在梳理下今天討論的內容：

①提出問題：共射極三極管放大電路，為什么輸入信號的頻率不同，輸出信號的幅值不同呢？

②畫交流通路的前置條件；

③CE放大電路中頻帶的Av的推導過程及近似結果；

④CE放大電路的高頻等效電路及其高頻截頻fh推導過程；

⑤用TINA-TI仿真CE放大電路的中高頻帶的幅頻相應；

⑥基于仿真結果，分析在不同頻率輸入信號的增益效果。

編輯：黃飛

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