共集電極放大電路-音響甲類功放電路設計實例

共集電極放大電路，它可以構成音響愛好者最津津樂道的甲類功放。

共集電極放大電路電路圖如下，我們可以看到，輸出端是接在電阻Re上的，而Re的電壓(射極對地電壓)總是比三極管B極電壓低0.7V，輸入到B極的信號電壓總是比輸出電壓高0.7V(注意!!!并非輸入信號比輸出信號幅度高0.7V)，所以共集電極放大電路也稱為射極跟隨器。

基本電路

在交流等效電路中，電源正負極短接，電容短接，產生發射極本征電阻，所以有如下交流等效電路。

交流等效電路

從上面的交流等效電路中，我們可以看出，共集電極放大電路的電壓增益Av = (Re//RL) / (Re//RL+re') ，在re'遠小于Re//RL時電壓增益約等于1。

共集電極放大電路電壓增益

輸入阻抗為Rin = Rb1//Rb2//(HFE*(Re//RL+re'))

輸入阻抗

電流放大倍數 Ai = Av*(Rin / (Re//RL))，而共集電極放大電路的電壓增益約等于1，所以電流放大倍數Ai ≈ Rin / (Re//RL)。

電流放大倍數

放大功率P= Av*Ai ，而Av接近1，所以放大功率約等于Ai。

共集電極放大電路實例

對于設計，我總是希望貼近我們可以去制作的電路，今天我們就來設計一個甲類功放。

信號從手機3.5MM耳機接口取，耳機接口輸出電壓在1.3V左右。因為輸出電壓低，而共集電極放大電路不能放大電壓，所以我們分為兩級放大。第一級使用共射極放大電路放大電壓，第二級使用共集電極放大電路放大功率，供電電壓選擇12V，喇叭選擇8Ω/5W。

首先共射極放大電路我之前的文章已經講過如何設計了，就不再累述，具體電路如下。

電壓放大

第二級我們要進行功率放大，共集電極放大電路設計如下。

電阻Re的選擇：Re我們選擇和輸出負載(喇叭)的阻值一樣8Ω。

偏置電阻Rb1和Rb2的選擇：對于共集電極放大電路來說，把偏置設置在電源電壓的2/3是最好的，。我們知道三極管的電流Ie約等于Ib*HFE，所以電阻Rb1的阻值不應該大于HFE倍Re。所以Rb1選擇500Ω，Rb2為1KΩ，此時B極電壓被設定在2/3電源電壓。

輸出電容選擇，因為輸出電容和負載構成一個高通濾波器，所以根據高通濾波器計算公式f = 1/(2πRC)，輸入頻率最小為20Hz，計算出輸出電容最小需要994uF，選擇1000uF。

輸入阻抗：根據輸入阻抗計算公式Rin = Rb1//Rb2//(HFE*(Re//RL+re') ，計算得輸入阻抗約等于275Ω，而后級輸入阻抗是并聯在前級輸出阻抗上的，所以前級電壓放大倍數由8倍變為Av = (Rc//RL)/(Re+re')≈5.8倍。

從電路圖可以看出，三極管Q2的靜態功耗(無信號輸入時)為(VCC-Ub-0.7)^2 / R7 = (12V-8V-0.7V)^2 / 8Ω = 3.3^2 / 8 = 1.36W 這也是為甲類功放總是需要一個非常大的散熱器的原因。

整體電路如果是單電源雙聲道可以使用兩個上面的電路分別放大左右聲道，使用雙聯電位器同時調節左右聲道音量。對于雙電源可以使用下面的電路，只是需要使用對管罷了。

雙電源雙聲道共集電極放大電路電阻Re為什么選擇和負載阻抗一樣?

對于共集電極放大電路來說，在波形的負半周。輸出電容相當于一個電源，它為負載提供能量，負載和射極電阻相當于一個分壓器。射極電阻Re比負載大，分到的電壓越大，射極電壓越高，如果輸入B極的負半周信號突然變化(電容來不及放電)，信號則會在低于射極電壓加0.7V時失真。而如果射極電阻比負載小，射極分到的電壓越小，這對信號是有利的，它不容易使信號失真。但是，Re越小，則靜態功耗越大，三極管發熱越大。讓三極管工作在越高的溫度下是越不利于電路穩定的。

信號負半周時，電容為負載提供能量

為什么要把靜態工作點設計在三分之二電源電壓?

對于射極電阻Re和負載阻抗一樣時，把靜態工作點設計在電源的三分之二是對電源利用率最好的情況。如果設計過高就會容易飽和失真，設計得低了則容易截止失真，則電源利用率就會降低。

對于射極電阻Re和負載相等的情況

審核編輯：湯梓紅