【电赛公开课】模拟电路基础知识讲座_第16课时_共基放大电路

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《模拟电路基础知识讲座》由 TI 邀请青岛大学傅强老师录制，深入浅出的介绍了模拟电路及电源相关的基础知识，帮助大家由浅入深地了解产品，更轻松的进行产品的选型和设计。
本课程共计80节视频内容，视频解析文字课40节，每周二、周四更新，欢迎同学观看学习。

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本节文字课程相关视频：
共基放大电路基本特性
共基共射放大电路


共射共集放大电路的组合可以解决共射放大输出阻抗大的缺点，但是无法解决频率特性差的问题，因为两个放大电路属于前后级联，后级电路最多是不进一步降低带宽而已，无法改善前级的带宽。要解决共射放大的带宽问题，需要引入共基放大电路。

1 基本共基放大电路
对于共射放大电路，其输出u_O实质就是i_C（近似为iE）的变化在R_C上引起的电压变化。导致i_E发生变化可以靠改变R_E上端的电压，也可以改变R_E下端的电压。前者就是共射放大，后者就是共基放大。如图1所示的共基放大电路：
1) 基极接了大电容C₂，所以交流电位为0。假设直流偏置电路保证_T1三极管i_B一定存在（BE间PN结导通），则射极与基极交流电位相等也为0，于是：
    （1）
   （2）
2) 式（2）表明共基放大电路的放大倍数与共射放大相同，方向相反。

图1 共基放大电路

3) 图2为TINA仿真电路，在没有信号输入时，电路各点的直流电压值应与共射放大电路完全一致。
4) 由式（2）可知，该电路放大倍数为正10倍。为了防止10倍放大电路引起饱和，信号源uI幅值改为0.5V。

图2 共基放大电路的TINA仿真

5) 对电路的关键节点电压均输出仿真波形，为了清晰明了，各信号的组合波形与分离波形均在图3中显示。
6) 分析波形图可知，基极与射级基本为直流，电位相差一个uBE管压降。
7) 同相放大，放大倍数为9.37倍，基本符合式（2）。
8) u_E’比u_I高了一个直流电位，这是由C₁等效为电池提供的，这避免了u_I引入不合适的直流偏置（导致部分时段iB消失），读者可自行仿真不带C₁的（失真）波形。

图3 共基放大电路仿真波形

  

2 共基放大电路的输入输出阻抗
共基放大电路的输出阻抗与共射放大电路相同，都是R_C，这可以通过接上R_C大小的负载，结果放大倍数减半来确定。
共基放大的信号不由基极输入，所以缺乏β倍放大的“隔离”作用，其等效输入回路如图4所示，输入阻抗为R_E//R₂。

图4 共基放大电路的输入阻抗回路

3 共基放大电路的频率特性
共基放大电路电路输入阻抗小，而输出阻抗大，这都是缺点。那共基放大电路必然在有其他过人之处，否则不会流传至今。
如图5所示为共基放大电路的输入等效低通电路，虽然同样存在三极管的极间电容，但是由于V_E点交流电位是0，所以R_E和C_BE不构成低通，也不存在共射放大的密勒效应，所以频率特性要好于共射放大电路。

图5 共基放大电路电路输入等效

对图2进行TINA交流传输特性仿真，可得图6。将纵坐标的下限设定为上限减去3，即可得到-3db带宽值。
1) 上限增益为19.51dB，将下限设为16.51dB，然后使用指针a就可以得到准确的-3db带宽。
2) 该10倍同相放大电路的带宽为4.78MHz。（仿真软件对直流和低频参数的计算比较准确，高频仿真的结果仅供参考。）

图6 共基放大电路电路的-3db带宽

4共基共射放大电路
共基放大电路的频率特性虽好，但是它的输入阻抗太小，有一种办法是用共基放大电路帮助共射放大电路扩展带宽，称之为“沃尔曼化”。
如果说利用共集放大（射随）电路来帮助共射放大电路减小输出阻抗是理所应当的事情，那么“沃尔曼化”的思想堪称鬼斧神工。先思考一个问题：图4所示的共射放大电路，在保证三极管始终处于放大区的前提下，改变电阻R的阻值，放大倍数会改变吗？
1) 我们之前的计算相同，式（1）~式（4）没有任何改变。
        （1）
       （2）
       （3）
       （4）
2) 这说明，用任何电路替换R的位置，共射放大电路的放大倍数都不变。当然前提是得保证三级管能处于放大区，硬要把R断开，或者是R阻值很大，那样i_C怎么都不能等于βi_B。

图7 共射放大电路集电极插入电阻

用三极管取代图4中电阻R的位置得到如图7所示的电路：
1) 图7所示的电路称为共射电路的“沃尔曼化”，可以扩展共射放大电路的带宽。它是共射共基放大电路的有机结合，而不是简单前后级联。
2) 根据对图1的分析，只要保证三极管T₂导通就不会影响T₁构成的共射放大电路的放大倍数。
3) R₃和R₄提供T₂导通所需的基极电压，C₃保证T₂的基极交流接地。
4) T₂的引入，使得T₁的集电极交流接地，于是前面提到的“密勒效应”就不存在了。

图8 共射共基放大电路

如图8所示，对“经典”5倍共射放大电路进行仿真。
1) 插入T₂三极管，构成共射共基放大电路。
2) 配置R₃和R₄合适阻值，以保证T₂始终导通。C₃保证T₂基极交流电位为0。
3) 增加开关SW，比较引入T₂前后仿真波形的变化。

图9 共射共基放大电路的仿真电路

  4) 如图10所示的仿真波形，左图为SW开关断开（也就是引入T₂共基电路）时的波形，右图为SW开关闭合（也就是屏蔽T₂三极管）时的波形。两者的u_O输出差别极小。

图10 共射共基放大电路的仿真波形

  

                        

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欢迎大家留言作答以下题目，答案将在下期公开课公布。在答案公布前作答正确的同学，还将获得5枚赫兹币奖励哦~

课后问答：
1、对比共射放大电路和共集放大电路，共基放大电路的优缺点各是什么？
2、对比单一的基本三极管放大电路，共基共射组合放大电路的优点是什么？

参考答案：

1、优点：可放大电压且电路带宽高。缺点：输入阻抗低，输出阻抗高。

2、共基共射组合放大电路的优点是输入阻抗高，输出阻抗低，可放大电压，电路带宽高。

走路带风

1. 优点：可放大电压，频率特性好，缺点：输入阻抗小，而输出阻抗大
2. 可放大电压，输入阻抗高，输出阻抗低，电路带宽高。

青春已被氧化

1.优点：可放大电压，带宽高
   缺点：输入电阻小 Ri=Re//(Rbe/(1+β)) 输出电阻大 Ro = Rc

2.输入阻抗高 输出阻抗低 可放大电压 带宽也高