在電子電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域，共射放大電路是一種基礎(chǔ)且重要的電路結(jié)構(gòu)。想要大概了解共射放大電路的原理，通過(guò)幾行數(shù)學(xué)推導(dǎo)即可實(shí)現(xiàn)。然而，真正設(shè)計(jì)好一個(gè)共射放大電路卻并非易事。此前的幾篇文章已對(duì)共射放大器的基礎(chǔ)問(wèn)題進(jìn)行了討論，有了這些基礎(chǔ)概念，便可以著手進(jìn)行電路設(shè)計(jì)了。下面將詳細(xì)總結(jié)共射放大器的設(shè)計(jì)步驟。

圖 1. 相關(guān)示意圖片

設(shè)計(jì)要求

以阻容耦合共射放大電路為例，對(duì)于輸入峰峰值為 2V 的 1kHz 正弦信號(hào)，負(fù)載為 100kohm，需要設(shè)計(jì)一個(gè)放大倍數(shù)為 5 倍的電路。

圖 2. 阻容耦合共射放大電路示例

設(shè)計(jì)思路和步驟

1. 選定供電電壓 VCC：在電路設(shè)計(jì)中，供電電壓的選擇至關(guān)重要。供電電壓過(guò)高會(huì)導(dǎo)致功耗增大，因此在可能的情況下，應(yīng)盡量降低供電電壓以實(shí)現(xiàn)低功耗。在放大電路中，最小供電電壓取決于輸入信號(hào)的幅度和放大倍數(shù)。例如，要將 2Vpp 的信號(hào)放大 5 倍，極限 VCC 需要大于 10.5V（其中 0.5V 為 V_ces 和 V_Re）。供電電壓余量越大，設(shè)計(jì)壓力越小。這里我們選取常見(jiàn)的 15V 電壓作為 VCC。
2. 設(shè)計(jì) Rc 的取值：需根據(jù)負(fù)載電阻大小設(shè)定共射放大電路的輸出阻抗 Rc。在電路設(shè)計(jì)中，電阻取值需要綜合權(quán)衡。如果電阻越大越好，那不如開(kāi)路；如果越小越好，那不如短路。Rc 越小，輸出阻抗越小，帶上負(fù)載后放大倍數(shù)越穩(wěn)定。但 Rc 越小，放大電路的靜態(tài)功耗越大，即不帶負(fù)載時(shí) “白白” 消耗掉的功率。綜合考慮負(fù)載情況，將 Rc 設(shè)定為負(fù)載 100kohm 的十分之一，這樣 90% 的電壓會(huì)加到負(fù)載上，對(duì)放大倍數(shù)影響不大，故 Rc = 10kohm。
3. 設(shè)計(jì) Re 的取值：根據(jù)放大倍數(shù)公式 A = -Rc/Re，已知放大倍數(shù)為 5，可計(jì)算得出 Re = 2kohm。
4. 設(shè)計(jì)輸入信號(hào)偏置電壓的大?。汗采浞糯箅娐肥欠聪蚍糯?，輸入信號(hào)的直流偏移會(huì)影響輸出信號(hào)的位置。輸入信號(hào)的直流偏移越高，輸出信號(hào)越偏下方；輸入信號(hào)偏移越低，輸出信號(hào)越偏上方。如無(wú)特殊要求，可將輸出信號(hào)置于電源軌正中央的位置，這樣可以獲得最大不失真增益。

根據(jù)直流等效電路以及 Vc = 7.5V，可以反推出輸入信號(hào)的直流偏移 Vb。這里我們?nèi)∑秒妷?Vb = 2.2V。

圖 4. 直流等效電路示意

5. 設(shè)計(jì) R1、R2 的大小：由于需要通過(guò) 15V 分壓得到 2.2V，分壓電阻的配比有無(wú)數(shù)種可能。一般來(lái)說(shuō)，電阻越大，功耗越低，輸入阻抗越高。但由于分壓電阻網(wǎng)絡(luò)還存在一個(gè)分支流過(guò)三極管的 B 極，所以 R2 必須足夠小，以忽略流過(guò)這個(gè)支路的電流。按 beta = 100 來(lái)計(jì)算，支路的等效電阻為 100 * Re = 200kohm。因此，這里選取 R2 = 20kohm，遠(yuǎn)小于支路等效電阻。根據(jù) R2 為 20kohm，計(jì)算出 R1 = 116kohm。由于 116kohm 在 E24 系列中沒(méi)有，取最接近的 R1 為 120kohm。這樣會(huì)帶來(lái)一點(diǎn)直流誤差，但由于 VCC 余量比較大，些許誤差不會(huì)產(chǎn)生太大影響。
6. 電解電容 C1 和 C2 的選擇：電解電容必須對(duì)交流信號(hào)的阻抗接近 0。換句話說(shuō)，電解電容的取值大小與信號(hào)頻率有關(guān)。

圖 5. 電容 C1 相關(guān)電路示意
從濾波器的觀點(diǎn)來(lái)看，電容 C1 和 R1 || R2 || beta * Re 構(gòu)成了高通濾波器。只要保證高通濾波器截止頻率低于信號(hào)頻率的 1/10，就可以認(rèn)為對(duì)輸入信號(hào)阻抗為 0，這里取 C1 = 120nf。

圖 6. 電容 C2 相關(guān)電路示意
同樣，電容 C2 與負(fù)載 RL 構(gòu)成高通濾波器，只要保證高通濾波器截止頻率低于信號(hào)頻率的 1/10，就可以認(rèn)為對(duì)輸出信號(hào)阻抗為 0，這里取 C2 = 20nf。

圖 7. 電容 C2 與負(fù)載 RL 構(gòu)成的高通濾波器示意

仿真驗(yàn)證

經(jīng)過(guò)上述六個(gè)步驟，共射放大電路的設(shè)計(jì)就完成了。接下來(lái)需要建立仿真模型進(jìn)行驗(yàn)證。

圖 8. 共射放大電路仿真模型
仿真結(jié)果如下：

圖 9. 共射放大電路仿真結(jié)果
通過(guò)仿真驗(yàn)證，可以檢查設(shè)計(jì)的共射放大電路是否滿足設(shè)計(jì)要求。如果不滿足，需要對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，直到達(dá)到滿意的效果。在實(shí)際應(yīng)用中，還需要考慮電路的穩(wěn)定性、噪聲等因素，以確保電路的性能和可靠性。