共射放大电路设计全攻略：从理论到实践

在电子电路设计领域，共射放大电路是一种基础且重要的电路结构。想要大概了解共射放大电路的原理，通过几行数学推导即可实现。然而，真正设计好一个共射放大电路却并非易事。此前的几篇文章已对共射放大器的基础问题进行了讨论，有了这些基础概念，便可以着手进行电路设计了。下面将详细总结共射放大器的设计步骤。

图 1. 相关示意图片

设计要求

以阻容耦合共射放大电路为例，对于输入峰峰值为 2V 的 1kHz 正弦信号，负载为 100kohm，需要设计一个放大倍数为 5 倍的电路。

图 2. 阻容耦合共射放大电路示例

设计思路和步骤

1. 选定供电电压 VCC：在电路设计中，供电电压的选择至关重要。供电电压过高会导致功耗增大，因此在可能的情况下，应尽量降低供电电压以实现低功耗。在放大电路中，最小供电电压取决于输入信号的幅度和放大倍数。例如，要将 2Vpp 的信号放大 5 倍，极限 VCC 需要大于 10.5V（其中 0.5V 为 V_ces 和 V_Re）。供电电压余量越大，设计压力越小。这里我们选取常见的 15V 电压作为 VCC。

2. 设计 Rc 的取值：需根据负载电阻大小设定共射放大电路的输出阻抗 Rc。在电路设计中，电阻取值需要综合权衡。如果电阻越大越好，那不如开路；如果越小越好，那不如短路。Rc 越小，输出阻抗越小，带上负载后放大倍数越稳定。但 Rc 越小，放大电路的静态功耗越大，即不带负载时 “白白” 消耗掉的功率。综合考虑负载情况，将 Rc 设定为负载 100kohm 的十分之一，这样 90% 的电压会加到负载上，对放大倍数影响不大，故 Rc = 10kohm。

3. 设计 Re 的取值：根据放大倍数公式 A = -Rc/Re，已知放大倍数为 5，可计算得出 Re = 2kohm。

4. 设计输入信号偏置电压的大小：共射放大电路是反向放大，输入信号的直流偏移会影响输出信号的位置。输入信号的直流偏移越高，输出信号越偏下方；输入信号偏移越低，输出信号越偏上方。如无特殊要求，可将输出信号置于电源轨正中央的位置，这样可以获得最大不失真增益。

根据直流等效电路以及 Vc = 7.5V，可以反推出输入信号的直流偏移 Vb。这里我们取偏置电压 Vb = 2.2V。

图 4. 直流等效电路示意

1. 设计 R1、R2 的大小：由于需要通过 15V 分压得到 2.2V，分压电阻的配比有无数种可能。一般来说，电阻越大，功耗越低，输入阻抗越高。但由于分压电阻网络还存在一个分支流过三极管的 B 极，所以 R2 必须足够小，以忽略流过这个支路的电流。按 beta = 100 来计算，支路的等效电阻为 100 * Re = 200kohm。因此，这里选取 R2 = 20kohm，远小于支路等效电阻。根据 R2 为 20kohm，计算出 R1 = 116kohm。由于 116kohm 在 E24 系列中没有，取最接近的 R1 为 120kohm。这样会带来一点直流误差，但由于 VCC 余量比较大，些许误差不会产生太大影响。

2. 电解电容 C1 和 C2 的选择：电解电容必须对交流信号的阻抗接近 0。换句话说，电解电容的取值大小与信号频率有关。

图 5. 电容 C1 相关电路示意
从滤波器的观点来看，电容 C1 和 R1 || R2 || beta * Re 构成了高通滤波器。只要保证高通滤波器截止频率低于信号频率的 1/10，就可以认为对输入信号阻抗为 0，这里取 C1 = 120nf。

图 6. 电容 C2 相关电路示意
同样，电容 C2 与负载 RL 构成高通滤波器，只要保证高通滤波器截止频率低于信号频率的 1/10，就可以认为对输出信号阻抗为 0，这里取 C2 = 20nf。

图 7. 电容 C2 与负载 RL 构成的高通滤波器示意

仿真验证

经过上述六个步骤，共射放大电路的设计就完成了。接下来需要建立仿真模型进行验证。

图 8. 共射放大电路仿真模型
仿真结果如下：

图 9. 共射放大电路仿真结果
通过仿真验证，可以检查设计的共射放大电路是否满足设计要求。如果不满足，需要对设计参数进行调整，直到达到满意的效果。在实际应用中，还需要考虑电路的稳定性、噪声等因素，以确保电路的性能和可靠性。