浅析单管共射放大电路组成及静态工作点的设置

中职学校一年级的学生在初次接触单管共射放大电路时，对于电路的输入端与输出端的关系、电路中的各个组成及各元件的作用、电路的一些特性等都难以理解。通过对《电子技术》的学习，学生们知道了放大电路最基本的要求是：一不失真，二要放大。所谓的不失真，就是把信号按照一定的倍数，不走样的放大出去。也就是说对于输入信号的每一个点，都应该是一种线性的关系放大。只有在不失真的情况下，放大才是有意义的。下面以单管共射放大电路为例，来谈谈对单管共射放大电路的理解。

一、电路组成及各元件作用

先来看单管共射放大电路的组成（如图 1）：在这个电路中，VCC是为放大器提供电压的直流电源，ui是输入电压，uo是输出电压。在图 1 这个电路中，这三个电压有一个公共“点”，我们称之为“地”端。也就是说，在这里，无论是研究直流信号，还是研究动态的信号，都是以这个公共点做为参考点的。所以在电路画法中，VCC 、ui 、uo 电压的负极都是指“地”端。在这个电路中，三极管是起放大作用的核心器件，所有器件以及它们参数的选择，都应该围绕着三极管的正常工作展开。

下面就对图 1 中的单管共射放大电路中的各电子元件进行分析。

先来谈谈对电源电压+VCC的理解：+VCC一方面通过电阻Rb给三极管的发射结（也就是 b、e 之间）一个正向电压，这样可以使三极管处于一个正向偏置电压；另一方面它又通过Rc这个电阻将电压加到了集电极上，如果选取合适的Rb、Rc，那么集电极的电位就可以比基极的电位高。简言之，+VCC可以保证集电结处在反向偏置。所以+VCC起到了两个作用：一是使得发射结处于正向偏置，b、e 之间的电压大于死区电压；另一个则是使集电结处于反向偏置。这也是三极管处于放大作用的两个外部必备条件。也就是说，+VCC可以提供满足三极管放大作用的外部必备条件。 再来谈谈放大电路中电阻的作用：Rb叫做基极回路电阻，它的作用就是和+VCC共同确定一个合适的IB。Rc叫做集电极电阻，在整个电路中，起到非常重要的作用。它把三极管里iC的变化量（也就是ΔiC）或者是一个交流的ic通过Rc电阻转换成为一个电压值，也就是说Rc电阻的作用，就是将电流的变化量，转化成为电压的变化量。 接着来谈谈放大电路中电容的作用：C1、C2叫耦合电容，在电子线路里面，把连接叫做耦合，所以耦合电容的意思，也就是连接电容的意思。C1是把信号源和放大器连接起来，它是输入端的耦合电容；C2是把放大器和负载电阻RL

连接起来，是输出端的耦合电容。这两个电容，应该选取容量非常大的电容，一方面，由于电容对于直流量呈现出的容抗是无穷大的，所以C1这个电容把信号源和放大器之间的直流信号隔断，另一方面，当C1容量选取很大的时候，它对于信号的频率所呈现出来的电抗是非常小的，换一句话说，当有交流信号输入的时候，C1电容上没有交流压降，或者说交流的压降非常小，是可以忽略的，当然前提是这个电容的容量要非常大。同样由于C2电容的容量是非常大的，那么当有交流信号的时候，C2的交流压降可以近似为0，也就是说，当 c、e产生一个变化量的时候，输出（或者说负载电阻两端）完全得到这种变化量，因为C2上没有压降。因而C1、C2的作用人们通常称之为“隔直通交”。 最后来谈谈ui和uo：当有ui信号输入的时候，这个输入信号就会通过电容给三级管的基极，可是我们也看到了，即使没有ui信号输入，这个三极管的基极也是有电流的，这是由于直流电压VCC的作用。也就是说，ui输入信号是在一个直流信号的基础上的一个动态信号，进而得到了一个变化的iB（称ΔiB），一个变化的iC（称ΔiC），变化的iC通过Rc转换成一个变化的电压，这个变化的电压，在C2上没有压降，直接送到输出。这时候，输出端就可以得到一个uo，输出电压uo比输入电压ui大得多，这样我们就达到了电路放大的目的。

通过刚才的分析，可以看到这样一点，即使输入的电压ui=0的时候，三极管还有电流存在，而这个电流是由于VCC的作用而产生的。那么当ui=0的时候，产生了这样一些直流信号，我们称之为这个放大电路的静态工作点，下面我们来谈谈设置静态工作点的必要性。 二、设置静态工作点的必要性

要想知道设置静态工作点的必要性，首先必须要知道什么是静态工作点。所谓的静态工作点，就是当ui=0时，三极管的基极电流IB、集电极电流IC、发射结电压UBE、管压降UCE称为静态工作点。这四个物理量，为了区别于动态信号引起的这些物理量的变化，常常将IB写成IBQ，IC写成ICQ，UBE写成UBEQ，UCE写成UCEQ，这个Q就是静态工作点，我们也将这个静态工作点称为Q点。在这四个物理量中，经常认为发射结电压UBEQ是已知的。 通过对三极管的输入特性进行研究，可以看到三极管的输入特性和二极管的伏安特性有着相同的样子，它也有一个死区电压，而且当三极管的发射结电压增大的时候，它的电流也是按照指数曲线来变化的。而由于材料不同，这个死区电压的大小是不同的，一般我们认为三级管导通以后，硅管UBEQ为 0.6～0.8V 之间，锗管UBEQ为 0.1～0.3V 之间，所以在计算中，通常取它们的中间值，硅管UBEQ=0.7V，锗管UBEQ=0.2V。

为什么要设置静态工作点呢？为什么当ui=0的时候，还要让三极管有一定的直流的IBQ、ICQ，有一定的电压UBEQ、UCE呢？为了说明这个问题，我们不妨看一下图 2 所示的电路。这个电路图与图 1 相比较，它没有从VCC到基极b的通路，因此当ui=0的时候，三极管基极电流IBQ=0，由于IBQ=0，那么必然使集电极的电流ICQ=0，从图中可知，集?极的电流ICQ=0，也就是通过Rc上的电流，所以Rc上的电压为0，那么这时c、e 之间的电压就是VCC，即IBQ=0，IBQ=0，则UCEQ=VCC。 若给ui一个正弦的动态信号，而且电容C1容量足够大，C1上可以认为没有交流压降，这时 b、e 之间的电压就是所加的正弦电压。当正弦电压处于正半轴的时候，三极管 b、e 之间加的是正向电压，当UBEQ大于死区电压时，这时可能产生iB；当正弦电压处于负半轴的时候，三极管 b、e 之间加的是反向电压，三极管处于截止状态。根据上述分析，可以看到，正弦电压只有当处于正半轴而且这个赋值要足够大（大于死区电压）的时候，三极管才导通，其余的时候三极管都处于截止状态。 综上所述，可以得出这样一个结论，在图2电路中，当ui是一个动态的正弦信号时，三极管的iB电流不是一个正弦波，那么它的iC电流也不可能是一个正弦波，输出电压也不可能是正弦波，所以输出电压uo肯定失真。一个电路如果产生失真，那么它就谈不上放大了。由此我们可以知道：