这一章在干嘛?
Q 点搭好后,小信号怎么放大?答案是:把三极管换成一个简单的「re 等效模型」,剩下的就是纯电路计算。本章给你一套通用流程:画直流通路定 Q 点 → 画交流通路换模型 → 求 Z i 、Z o 、A v 。三种组态各算一遍,最后打包成对比表。
5.1 re 模型:把三极管简化成三个元件
小信号下,BE 结在 Q 点附近就是一颗动态电阻 re,输出侧是一个受控电流源 β·Ib:
原书图 5.16:共射组态的 re 模型:输入是 r_e,输出是受控源
r
e
= 26 mV / I
E
(I
E
用直流 Q 点的值,单位 mA,结果单位 Ω)
为什么是 26 mV?
来自 PN 结方程在室温下的热电压 V T = kT/q ≈ 26 mV。温度不变时,r_e 只由静态电流决定。
共基组态同样适用(r_e 在 E-B 之间):
原书图 5.18:共基 re 等效电路
5.2 固定偏置共射放大器:第一遍完整流程
电容对直流开路、对交流近似短路。把 VCC 交流接地、换上 re 模型:
原书图 5.20:共射固定偏置放大器
原书图 5.24:输入输出波形:注意输出与输入反相 180°——共射的招牌特征
Z
i
= β·r
e
| Z
o
= R
C
| A
v
= −R
C
/r
e
| A
i
= β
负号的意义:
输入升高、输出反而降低(经 R_C 压降放大)。共射是三种组态里唯一反相的。
5.3 分压偏置与射极偏置的交流账
分压偏置(Q 点稳)+ 旁路电容 CE(把 RE 交流短路,保住增益)是最常见的实战组合:
原书图 5.26:分压偏置共射放大器
旁路电容的作用:
不旁路时增益掉到 −R C /R E (很小);旁路后恢复 −R C /r e 。代价是低频截止点抬高——增益和带宽的经典矛盾,第 9 章细说。
5.4 射随器与共基:性格互补
射随器(共集):Zi 很大、Zo 很小、Av≈1——天生缓冲器:
原书图 5.36:射极跟随器:输出跟随输入,增益略小于 1
共基:Av 大且同相、高频性能好,但 Zi 只有 re(几十欧):
原书图 5.42:共基组态交流分析
5.5 带上负载与信号源:两端口视角
真实电路总要接 RL(负载)和 Rs(源内阻),增益要打两次折扣:
原书图 5.54:三种负载情况:(a) 空载 (b) 带负载 (c) 再算上源内阻
原书图 5.61:两端口系统:把放大器看成一个黑盒
A
v
(带载) = A
vNL
·R
L
/(R
L
+R
o
) → 总增益再乘 R
i
/(R
i
+R
s
) 得源电压增益
5.6 级联与达林顿:增益不够,级数来凑
多级相乘:Av总 = Av1·Av2·…(注意前级输出阻抗 vs 后级输入阻抗的衰减):
原书图 5.67:级联系统:总增益 = 各级增益之积
达林顿连接:两管复合,β 变成 β1·β2(几千倍),输入阻抗也更高:
原书图 5.73:达林顿组合:整体像一颗超 β 的三极管
5.7 re 模型 vs 混合模型
教材里还有一套 h 参数(混合)模型,两者本质相同,只是参数换算:hie = β·re,hfe = β:
原书图 5.101:混合模型与 re 模型对照:共射 / 共基一一对应
1. r_e 怎么算?用交流信号电流吗?
r_e = 26 mV / I_E,其中 I_E 是直流静态工作点的发射极电流,与交流信号大小无关(小信号前提)。
2. 共射放大器输出和输入相位关系如何?
反相 180°。基极电流增大 → I_C 增大 → R_C 压降增大 → 集电极电位下降。
3. 射随器的 A_v 约为 1,那它「放大」了什么?
放大的是电流和功率:I_e≈(β+1)I_b。同时完成阻抗变换——高输入阻抗、低输出阻抗,适合做缓冲级。
4. 旁路电容 C_E 拿掉会怎样?
R_E 进入交流通路,增益降为 −R_C/(R_E+r_e),大幅变小;但输入阻抗提高、线性度变好。增益与性能需要权衡。