晶体管放大器放大交流输入信号，该信号在某个正值和相应的负值之间交替。然后需要某种“预设”共发射极放大器电路配置的方法，以便晶体管可以在这两个值或峰值之间工作。这可以使用称为偏置的过程来实现。

偏置在放大器设计中非常重要，因为它建立了准备好接收信号的晶体管放大器的正确工作点，从而减少了输出信号的任何失真。

此外，使用绘制在放大器输出特性曲线上的静态或直流负载线使我们能够看到晶体管从完全“ON”到完全“OFF”的所有可能工作点，以及静态工作点可以找到放大器的Q 点。

任何小信号放大器的目的都是放大所有输入信号，同时尽可能减少对输出信号的失真，换句话说，输出信号必须是输入信号的再现，但只是更大（放大）。

要在用作放大器时获得低失真，需要正确选择工作静态点。这实际上是放大器的直流工作点，它的位置可以通过适当的偏置装置确定在负载线上的任何点。

该 Q 点的位置是尽可能靠近负载线的中心位置，从而产生 A 类放大器操作，即。Vce = 1/2Vcc。考虑如下所示的共发射极放大器电路。

共发射极放大电路

上面显示的单级共发射极放大器电路使用通常称为“分压器偏置”的电路。这种类型的偏置布置使用两个电阻器作为跨电源的分压器网络，它们的中心点为晶体管提供所需的基极偏置电压。分压器偏置常用于双极晶体管放大器电路的设计。

这种对晶体管进行偏置的方法通过将基极偏置保持在恒定的稳定电压电平从而实现稳定性，从而大大降低了变化 Beta ( β ) 的影响。

静态基极电压 ( Vb ) 由两个电阻器R1、R2和电源电压Vcc形成的分压器网络决定，如流过两个电阻器的电流所示。

然后总电阻R T将等于R1 + R2，给出电流i = Vcc/R T。在电阻器R1和R2的连接处产生的电压电平将基极电压 ( Vb ) 保持在低于电源电压的值。

共发射极放大电路中使用的分压网络按电阻比例对电源电压进行分压。使用下面的简单分压器公式可以轻松计算出该偏置参考电压：

晶体管偏置电压

由于相同的电源电压，（Vcc）也决定了集电极电流Ic当晶体管完全“导通”（饱和）时，Vce = 0。晶体管的基极电流Ib是从集电极电流Ic和直流电流增益 Beta，晶体管的β中得出的。

贝塔值

晶体管的 Beta 值，有时在数据表中称为h FE，定义了晶体管在共发射极配置中的正向电流增益。Beta 是在制造过程中内置于晶体管中的电气参数。Beta (h FE ) 没有单位，因为它是两个电流Ic和Ib的固定比率，因此基极电流的微小变化将导致集电极电流的巨大变化。

关于 Beta 的一点。相同类型和零件编号的晶体管的 Beta 值会有很大差异。例如，BC107 NPN 双极晶体管的直流电流增益 Beta 值介于 110 和 450（数据表值）之间。所以一个BC107的Beta值可能是110，而另一个BC107的Beta值可能是450，但它们都是BC107 npn三极管。这是因为 Beta ( β ) 是晶体管结构的固有特性，而不是其操作的特性。

由于基极/发射极结是正向偏置，发射极电压Ve将是一个不同于基极电压的结压降。如果发射极电阻两端的电压已知，则可以使用欧姆定律轻松计算发射极电流Ie 。集电极电流Ic可以近似计算，因为它与发射极电流的值几乎相同。

共发射极放大器示例 No1

共发射极放大器电路具有1.2kΩ的负载电阻R L和12v的电源电压。当晶体管完全“导通”（饱和）时，计算流经负载电阻的集电极电流 ( Ic )，假设Vce = 0。还要找出发射极电阻R E的值，如果它两端的电压降为 1v。假定标准 NPN 硅晶体管，计算所有其他电路电阻器的值。

然后在特性曲线的集电极电流垂直轴上建立点“A”，并在Vce = 0时出现。当晶体管完全“关断”时，电阻器R E或R L上没有电压降，因为没有电流流过它们。然后晶体管两端的电压降Vce等于电源电压Vcc。这在特性曲线的水平轴上建立了点“B”。

通常，放大器的静态 Q 点是零输入信号施加到基极，因此集电极位于零伏和电源电压 ( Vcc/2 )之间负载线的大约一半位置。因此，放大器 Q 点的集电极电流为：

该静态直流负载线产生一个直线方程，其斜率给出为：-1/(R L + R E )并且它在等于Vcc/(R L + R E )的点处穿过垂直Ic轴。Q点在直流负载线上的实际位置由Ib的平均值决定。

作为集电极电流，晶体管的Ic也等于晶体管的直流增益 (Beta)，乘以基极电流 ( β*Ib )，如果我们假设晶体管的Beta ( β ) 值为 100，（一百是低功率信号晶体管的合理平均值）流入晶体管的基极电流Ib将给出如下：

通常不使用单独的基极偏置电源，而是通过降压电阻器R1从主电源轨 (Vcc) 提供基极偏置电压。现在可以选择电阻器R1和R2来提供 45.8μA 或 46μA 的合适静态基极电流，四舍五入到接近的整数。流过分压器电路的电流必须比实际基极电流Ib大，这样分压器网络就不会被基极电流加载。

一般的经验法则是流过电阻器R2的值至少是Ib的 10 倍。晶体管基极/发射极电压，Vbe固定在 0.7V（硅晶体管），这给出了R2的值：

如果流过电阻R2的电流是基极电流值的 10 倍，则分压网络中流过电阻R1的电流必须是基极电流值的 11 倍。即：I R2  + Ib。

因此，电阻器R1两端的电压等于Vcc – 1.7v（对于硅晶体管，VRE + 0.7）等于 10.3V，因此R1可以计算为：

发射极电阻R E的值可以使用欧姆定律轻松计算。流过R E 的电流是基极电流Ib和集电极电流Ic的组合，给出如下：

电阻R E连接在晶体管的发射极端子和地之间，我们之前说过它两端有 1 伏的压降。因此，发射极电阻R E的值计算如下：

因此，对于我们上面的示例，为提供 5% (E24) 容差而选择的电阻器的值是：

然后，可以重写上面我们原来的共发射极放大器电路，以包括我们刚刚在上面计算的组件的值。

完成的共发射极电路

放大器耦合电容器

在共发射极放大器电路中，电容器C1和C2用作耦合电容器，以将交流信号与直流偏置电压分开。这确保了为电路正确运行而设置的偏置条件不受任何额外放大器级的影响，因为电容器只会传递交流信号并阻止任何直流分量。然后将输出交流信号叠加到以下级的偏置上。发射极支路电路中还包含一个旁路电容器C E 。

该电容器实际上是直流偏置条件下的开路元件，这意味着偏置电流和电压不受添加电容器的影响，保持良好的 Q 点稳定性。

然而，由于其电抗，这个并联连接的旁路电容器在高频信号下实际上变成了对发射极电阻的短路。因此只有R L加上一个非常小的内阻作为其负载将电压增益增加到值。通常，选择旁路电容器C E的值以在工作信号频率下提供多为R E值的 1/10 的电抗。

输出特性曲线

好的，到目前为止一切顺利。我们现在可以构建一系列曲线，显示集电极电流Ic与集电极/发射极电压Vce以及我们简单的共发射极放大器电路的不同基极电流Ib值。

这些曲线被称为“输出特性曲线”，用于显示晶体管如何在其动态范围内运行。在1.2kΩ负载电阻RL的曲线上绘制了一条静态或直流负载线，以显示晶体管的所有可能工作点。

当晶体管切换为“OFF”时，Vce等于电源电压Vcc，这是线上的“B”点。同样，当晶体管完全“导通”并饱和时，集电极电流由负载电阻R L决定，这是线上的“A”点。

我们之前从晶体管的直流增益计算出晶体管平均位置所需的基极电流为45.8μA ，这在负载线上标记为Q点，代表放大器的静态点或Q 点。我们可以很容易地让自己的生活变得轻松，并将这个值地四舍五入到50μA，而不会对工作点产生任何影响。

输出特性曲线

负载线上的 Q 点为我们提供了 Ib = 45.8μA 或46μA的基极电流 Q 点。我们需要找到基极电流的和峰值摆幅，这将导致集电极电流Ic成比例变化，而不会对输出信号造成任何失真。

当负载线穿过直流特性曲线上的不同基极电流值时，我们可以找到沿负载线等距分布的基极电流峰值摆幅。这些值被标记为线上的点“N”和“M”，分别给出了 20μA 和 80μA 的和基极电流。

这些点“N”和“M”可以位于我们选择的负载线上的任何位置，只要它们与 Q 的距离相等即可。这为我们提供了一个理论输入信号到 60μA 峰峰值的基本端子, (30μA 峰值) 而不会对输出信号产生任何失真。

基极电流大于此值的任何输入信号都会驱动晶体管超过“N”点并进入其“截止”区域或超过“M”点并进入其饱和区域，从而导致输出信号失真以“剪辑”的形式。

以“N”和“M”点为例，可以从负载线上投影出集电极电流的瞬时值和相应的集电极-发射极电压值。可以看出，集电极-发射极电压与集电极电流反相（–180 o ）。

当基极电流Ib从 50μA 正向变化到 80μA 时，集电极-发射极电压（也是输出电压）从其稳态值 5.8 伏特降低到 2.0 伏特。

然后，单级共发射极放大器也是“反相放大器”，因为基极电压的增加会导致 Vout 降低，而基极电压的降低会导致 Vout 增加。换句话说，输出信号与输入信号异相 180 度。

共发射极电压增益

共发射极放大器的电压增益等于输入电压变化与放大器输出电压变化之比。则ΔV L为Vout，ΔV B为Vin。但是电压增益也等于集电极中的信号电阻与发射极中的信号电阻之比，并给出如下：

我们之前提到，随着交流信号频率增加旁路电容，C E由于其电抗而开始短路发射极电阻。然后在高频下R E  = 0，使增益无限大。

然而，双极型晶体管在其发射极区域中内置了一个称为r' e的小内阻。晶体管的半导体材料为流过它的电流提供内部电阻，通常由主晶体管符号内显示的小电阻器符号表示。

晶体管数据表告诉我们，对于小信号双极晶体管，这个内部电阻是25mV ÷ Ie的乘积（25mV 是发射极结层上的内部电压降），那么对于我们常见的发射极放大器电路，这个电阻值以上将等于到：

这个内部发射极支路电阻将与外部发射极电阻R E串联，然后晶体管实际增益的方程将被修改以包括这个内部电阻，因此将是：

在低频信号下，发射器支路中的总电阻等于R E  + r' e。在高频时，旁路电容器使发射极电阻短路，只在发射极支路中留下内部电阻r' e，从而导致高增益。

然后对于我们上面的共发射极放大器电路，电路在低信号频率和高信号频率下的增益为：

低频放大器增益

高频放大器增益

因此，在非常低的输入信号频率下，电容器 (X C ) 的电抗很高，因此外部发射极电阻 R E对电压增益有影响，在本例中将其降低至 5.32。然而，当输入信号频率非常高时，电容器的电抗会使 R E (R E = 0)短路，因此放大器的电压增益会增加到 218，在本例中。

一点，电压增益仅取决于集电极电阻R L和发射极电阻 ( R E  + r' e ) 的值，它不受电流增益 Beta 的影响，β ( h FE )晶体管。

因此，对于我们上面的简单示例，我们现在可以总结我们为共发射极放大器电路计算的所有值，这些是：

共发射极放大器总结

然后总结一下。共发射极放大器电路在其集电极电路中有一个电阻。流过该电阻的电流产生放大器的电压输出。选择该电阻器的值，以便在放大器的静态工作点Q 点，该输出电压位于其负载线的一半位置。

共发射极放大器中使用的晶体管基极使用两个电阻器作为分压器网络进行偏置。这种类型的偏置布置通常用于双极晶体管放大器电路的设计，并通过将基极偏置保持在恒定的稳定电压来大大减少变化的 Beta ( β )的影响。这种类型的偏置产生的稳定性。

发射极支路中可以包含一个电阻器，在这种情况下，电压增益变为-R L /R E。如果没有外部发射极电阻，则放大器的电压增益不是无限大，因为发射极支路中的内部电阻r'e非常小。该内阻值等于25mV/I E

在下一个关于双极晶体管放大器的教程中，我们将了解通常称为 JFET 放大器的结型场效应放大器。与晶体管一样，JFET 用于单级放大器电路，使其更容易理解。我们可以使用几种不同类型的场效应晶体管，但容易理解的是结型场效应晶体管，或 JFET，它具有非常高的输入阻抗，非常适合放大器电路。