16、双极放大器的设计与应用

双极放大器的设计与应用

1. 低功耗双极放大器概述

对于放大器，有两个主要要求：电压增益 (A_V) 和在给定负载阻抗下能够提供的电流。同时，对放大器的最低工作频率也有一定要求。

1.1 双极放大器模型

为了让共发射极放大器在实际中工作，需要一些额外的组件。其原理图包含围绕共发射极核心的偏置和其他接口电路，核心部分由输出晶体管 (Q1) 和输出电阻 (R_E) 组成。电路有三种形式：包含偏置和其他组件的完整电路、将电容视为开路的直流电路，以及将电容和电源视为短路的交流电路。

1.2 负载线分析

单独的晶体管可以在多种不同的电压和电流组合下工作。将其放入电路中可以限制分析范围。以共发射极放大器为例，负载电阻 (R_L) 限制了晶体管两端的电压和通过的电流。根据基尔霍夫电流定律 (I_R = I_{CE})，基尔霍夫电压定律 (V_R + V_{CE} = V_{CC})。负载线在 (V_{CE} = 0) 处与 (y) 轴相交，此时电流完全取决于负载晶体管 (I_{CE} = V_{CC} / R_L)；在无集电极 - 发射极电流时与 (x) 轴相交，即 (V_{CC})。

1.3 大信号分析

为了选择放大器中电阻和电容的组件值，需要考虑晶体管的特性。(V_{CE}) 的值遵循负载线，公式为：
(V_{CE} = V_{CC} - I_CR_3 - I_ER_4 \approx V_{CC} - I_C (R_3 + R_4))

集电极电流和发射极电流通过接近 1 的参数 (\alpha) 相关联。当改变基极电流时，放大器会在负载线上上下移动。负载线的 (x)