三极管放大电路——共集电极放大电路

今天要讲的电路是非常符合音响爱好者的，它就是共集电极放大电路，它可以构成音响爱好者最津津乐道的甲类功放。

甲类功放

共集电极放大电路电路图如下，我们可以看到，输出端是接在电阻Re上的，而Re的电压（射极对地电压）总是比三极管B极电压低0.7V，输入到B极的信号电压总是比输出电压高0.7V（注意！！！并非输入信号比输出信号幅度高0.7V），所以共集电极放大电路也称为射极跟随器

基本电路

在交流等效电路中，电源正负极短接，电容短接，产生发射极本征电阻，所以有如下交流等效电路

交流等效电路

从上面的交流等效电路中，我们可以看出，共集电极放大电路的电压增益Av = (Re//RL) / (Re//RL+re') ，在re'远小于Re//RL时电压增益约等于1

共集电极放大电路电压增益

输入阻抗为Rin = Rb1//Rb2//(HFE*(Re//RL+re')）

输入阻抗

电流放大倍数 Ai = Av*（Rin / (Re//RL)），而共集电极放大电路的电压增益约等于1，所以电流放大倍数Ai ≈ Rin / (Re//RL)

电流放大倍数

放大功率P= Av*Ai ，而Av接近1，所以放大功率约等于Ai

共集电极放大电路实例

对于设计，我总是希望贴近我们可以去制作的电路，今天我们就来设计一个甲类功放

信号从手机3.5MM耳机接口取，耳机接口输出电压在1.3V左右。因为输出电压低，而共集电极放大电路不能放大电压，所以我们分为两级放大。第一级使用共射极放大电路放大电压，第二级使用共集电极放大电路放大功率，供电电压选择12V，喇叭选择8Ω/5W

首先共射极放大电路我之前的文章已经讲过如何设计了，就不再累述，具体电路如下

电压放大

第二级我们要进行功率放大，共集电极放大电路设计如下

1. 电阻Re的选择：Re我们选择和输出负载（喇叭）的阻值一样8Ω。
2. 偏置电阻Rb1和Rb2的选择：对于共集电极放大电路来说，把偏置设置在电源电压的2/3是最好的，。我们知道三极管的电流Ie约等于Ib*HFE，所以电阻Rb1的阻值不应该大于HFE倍Re。所以Rb1选择500Ω，Rb2为1KΩ，此时B极电压被设定在2/3电源电压
3. 输出电容选择，因为输出电容和负载构成一个高通滤波器，所以根据高通滤波器计算公式f = 1/(2πRC)，输入频率最小为20Hz，计算出输出电容最小需要994uF，选择1000uF
4. 输入阻抗：根据输入阻抗计算公式Rin = Rb1//Rb2//(HFE*(Re//RL+re') ，计算得输入阻抗约等于275Ω，而后级输入阻抗是并联在前级输出阻抗上的，所以前级电压放大倍数由8倍变为Av = (Rc//RL)/(Re+re')≈5.8倍
5. 从电路图可以看出，三极管Q2的静态功耗（无信号输入时）为（VCC-Ub-0.7）^2 / R7 = (12V-8V-0.7V)^2 / 8Ω = 3.3^2 / 8 = 1.36W 这也是为甲类功放总是需要一个非常大的散热器的原因

整体电路

如果是单电源双声道可以使用两个上面的电路分别放大左右声道，使用双联电位器同时调节左右声道音量。对于双电源可以使用下面的电路，只是需要使用对管罢了

双电源双声道

共集电极放大电路电阻Re为什么选择和负载阻抗一样？

对于共集电极放大电路来说，在波形的负半周。输出电容相当于一个电源，它为负载提供能量，负载和射极电阻相当于一个分压器。射极电阻Re比负载大，分到的电压越大，射极电压越高，如果输入B极的负半周信号突然变化（电容来不及放电），信号则会在低于射极电压加0.7V时失真。而如果射极电阻比负载小，射极分到的电压越小，这对信号是有利的，它不容易使信号失真。但是，Re越小，则静态功耗越大，三极管发热越大。让三极管工作在越高的温度下是越不利于电路稳定的

信号负半周时，电容为负载提供能量

为什么要把静态工作点设计在三分之二电源电压？

对于射极电阻Re和负载阻抗一样时，把静态工作点设计在电源的三分之二是对电源利用率最好的情况。如果设计过高就会容易饱和失真，设计得低了则容易截止失真，则电源利用率就会降低

对于射极电阻Re和负载相等的情况

三极管共集电极放大电路就讲到这里了，谢谢大家的支持！！！