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C6.1:发射极偏置放大器

java 2025/8/25 5:50:25

基极偏置放大器的Q点不稳定，但是学习后了解了放大器的基本运行逻辑，发射极偏置放大器则是适合大规模应用，VDB和TSEB都具有稳定的Q点。

讲发射极偏置，首先要讲旁路电容，前文的耦合电容和旁路电容类似，都是直流开路、交流短路的目的，但是摆放的位置不同，旁路电容是产生交流接地点的。

等效于下图：

具体就不过多解释，和耦合电容一样的分析方式，只不过它产生了一个只有交流信号才能对地短路的情况，这样的情况下，它就能够在放大器中建立交流接地点，而不会影响到Q点。

旁路电容的计算和耦合电容的计算公式一样，都是Xc < 0.1R，所以不过多介绍。

VDB放大器，即分压器偏置放大器，为了计算直流电压和电流，先把所有电容当作开路来，计算步骤和之前分析VDB偏置电路一样。

首先根据分压公式，得到VB电压，得到了VB电压再减去发射结导通压降，即可得到发射极电压，得到发射极电压就能通过发射极电阻得到发射极电流，进而得到集电极电流，然后根据集电极电流和电阻，得到该电阻压降，即可得到Q点电压，具体不再计算，根据前文一样的计算步骤。

而静态工作点求到后，我们观察电容，电压源和基极之间、集电极和负载之间分别接有耦合电容，而发射极和地之间则接了一个旁路电容，如果没有旁路电容，基极交流电流会非常小，这样电压增益就比较小，为了更大的电压增益，则添加了旁路电容的设计。

为什么不添加旁路电容，基极交流电流会非常小？

答：发射极电阻（Rₑ）在直流电路中稳定工作点（Q点），但在交流信号输入时，它会产生串联电流负反馈，输入交流信号使基极电流变化 → 发射极电流（iₑ）随之变化 → iₑ流过Rₑ时产生交流压降 vₑ = iₑ × Rₑ，这个压降vₑ的方向与输入信号相位相反，相当于在基极-发射极之间施加了一个反向电压，削弱了实际驱动基结的有效电压 vᵦₑ = vᵢₙ - vₑ，驱动基极的净电压vᵦₑ减小 → 基极交流电流iᵦ自然变小，交流信号的能量被Rₑ消耗为热量（i²Rₑ损耗），而非用于驱动晶体管放大，相当于Rₑ像一道闸门，阻碍了交流电流的流动路径。

为什么说压降vₑ的方向与输入信号相位相反？

答：当输入信号 vᵢₙ 的正半周到来时（即基极电位 Vb ↑上升），会驱动基极电流 iᵦ ↑增大 → 导致集电极电流 i꜀ ↑增大（因为i꜀ = β·iᵦ）→ 而发射极电流 iₑ ↑增大（因为iₑ ≈ i꜀），此时电流增大方向与输入信号方向相同，增大的iₑ流过发射极电阻 Rₑ，根据欧姆定律 vₑ = iₑ·Rₑ → 所以 vₑ ↑上升（即发射极对地电位升高），此时发射极电位 Ve ↑上升，而基极电位 Vb ↑上升 → 但两者上升的幅度不同（基极电位Vb受外部输入信号直接驱动，而Ve的上升完全由iₑ流过Rₑ产生，是一个“被动抬升”）。

而晶体管真正用于导电放大的电压，是基极-发射极间电压差 vᵦₑ = Vb - Ve，输入信号使 Vb ↑上升（假设+0.1V），但发射极电流增大又导致 Ve ↑上升（比如+0.08V）→ 实际 vᵦₑ = (Vb +0.1V) - (Ve +0.08V) = 原vᵦₑ + 0.02V，净驱动电压vᵦₑ的增幅（+0.02V）远小于输入信号单独带来的增幅（+0.1V）。

当输入信号 vᵢₙ 的负半周到来时 → Vb ↓下降 → iₑ ↓减小 → vₑ ↓下降（Ve降低）→ 反而使vᵦₑ = Vb↓ - Ve↓ 的下降幅度被减缓，vₑ的变化（由iₑ产生）总是抵抗输入信号对vᵦₑ的改变，因此我们说 vₑ 与 vᵢₙ 相位相反。

本质就是正半周的交流电压的增幅非常小，而负半周电压则衰减抵抗的远大于正半周的增幅，所以呈现出基极交流电流非常小。

VDB放大器电路要注意的是，发射极电压是1.1V的纯直流电压，没有交流成分的，因为有旁路电容使发射极交流接地。

接下来说明一些分立电路和集成电路的概念，便于后面学习。

分立元件表示所有元件如电阻、电容、晶体管等独立接入并通过相互连接构成最终电路的，而集成电路（IC），则是所有元件同时在一块半导体芯片上制造并连接的，可以简单理解为纳米级的PCB电路板叫做集成电路，也叫集成芯片。

TSEB电路，在前文学过，而TSEB放大器则是在之前的基础上加了三个电容和一个交流源，如下图：