晶体管放大电路设计丁炳亮一、基础理论具体一个晶体管电路的计算其实并不困难，真正困难的是根据要求设计出合乎要求且实际性能优良的电路。
晶体管电路的计算主要是静态工作点和动态参数的估算。
首先需要准备一些基础知识用于理论计算。
1、晶体管计算中用到的几个重要公式：第一个公式是PN节伏安特性公式，公式中电流电压为直流。
第二个公式是共射接法时，BE的输入的动态电阻，经常用到的一个公式。
其中rbb比较小，当电流很小时可以忽略，或者认为是200欧，一些晶体管规格书会给出。
需要注意是计算交流等效电路时才有用到这个公式。
第三个公式只要记住26mV即可。
第四公式为转移电导，也就是把晶体管等效为电压控制电流源（h模型等效为CCCS，Pi模型等效为VCCS）。
第五、六个公式为考虑厄利电压时的共射直流放大倍数和CE间电阻，看作CCCS时CE间电阻应该是无穷，但是厄利电压的存在使得该值变小。
2、h等效和Pi等效（微变模型）一般工程计算使用简化的等效模型就能满足要求了。
简化的h等效模型简化的Pi等效模型3、共射电压增益h等效模型计算有Pi等效模型计算有，注意这个公式忽略了rbb，实际上在电流较大时是不能忽略的，例如β=200，ICQ=26mA，则(26mV/ICQ)* β=200欧，与rbb相近，因此BE结的电压约等于Ube/2。
利用上个公式在不考虑负载时有。
二、最简单的放大电路1、设计需求信号源最大幅度为50mV，三极管为9013，h=250，电源电压5V。
这里的h值是用万用表测量出来的，实际的电路设计中h值有一个较大的范围，所以需要考虑对静态工作点的影响。
2、静态工作点估算一般情况UCQ=Vcc/2，R3是为了减小失真，应该远大于rbe，但取的过大则实际输入到晶体管的电流就很小，这里取3.3K较为合适。
ICQ的确定是关键，需要先计算出最大的输入电流幅度，这里估计rbe=1K，则IBQ=50mV/4.3K=11.6uA，为了避免失真，另外考虑手头上现有的电阻值，所以IBQ设置为17.4uA，即R2=250K，R1=2.5V/(IBQ*h)=575欧，手头上只有510欧电阻，所以实际的UCQ=2.8V 左右。
C2和C1这里不做详细计算都选择用1uF的。
3、动态参数估计如上图是h等效电路，画出了等效电路就很容易计算动态参数。
rbe≈200+26mV*β/ICQ=1.7K，则电压增益为Au=Uo/Ui=-βib(R1//R4)/Ui=-(Ui/(rbe+3.3K))βR2/Ui=-βR2/(rbe+3.3K)=-25。
注：这里计算的是电压增益的绝对值，严格的需要用复数表示。
4、电路仿真电路仿真是为了进一般验证计算的正确性。
先断开信号源测量静态工作点和计算结构相符合。
接上信号源观察和测量输出电压（通道A红色、通道B蓝色）输出的上下电压值不对称，说明波形有轻度的失真，按输出1.1V计算电压增益为-22。
和理论计算基本相符。
5、电路搭接这个电路非常简单，就直接用面包板搭接即可。
信号源是用手机软件产生的正弦波。
6、参数测量静态工作点ICQ=2.83V。
输入波形达到要求，实际中发现由于信号源引线太长，且信号幅度非常小，导致有很多干扰信号，上面的波形是示波器设置了低通滤波，所以幅度会偏低些。
输出波形和仿真结果类似，都要轻微失真，按46mV输入，1.02V输出计算，电压增益为-22。
把R3改为5.5K则失真将减小，电压增益也将减小。
输出的电压值已经基本上是上下对称。
对着晶体管哈气，波峰变为840mV、波谷为-860mV。
说明温度对晶体管的h参数有很大影响。
三、加入直流电压串联负反馈加入直流负反馈是为了稳定静态工作点。
1、设计需求信号源最大幅度为50mV，三极管为9013，h=250，电源电压5V。
2、静态工作点估算首先需要讨论UEQ的电压取值对静态工作点稳定性的影响。
UEQ是反馈电压，UEQ与输入电压相减再输入到晶体管，所以是直流电压串联负反馈。
设UEQ的变化量为△UEQ，则ICQ的变化百分比为|△ICQ|/ICQ=|(UEQ+△UEQ)/Re-UEQ/Re|/(UEQ/Re)= △UEQ/UEQ，即UEQ取值越大越有利于静态工作点稳定，但是同时使得UC的动态范围减小（UC=Vcc-UEQ），输出的电压最大幅度也就减小了。
一般UEQ取1-2V即可，这里用的是5V电源，所以决定UEQ=1V，假设Ube对温度的变化为-2mV/℃,△T=20℃,则|△UEQ|=40mV,|△ICQ/ICQ|=|△UEQ/UEQ|=40mV/1V=4%，即ICQ变化为4%。
UCQ=(Vcc-UEQ)/2+UEQ=3VUBQ=UEQ+0.65V=1.65V,R2、R3的选取要满足VccR3/(R2+R3)=UBQ且Vcc/(R2+R3)>>IBQ,Vcc/(R2+R3)取1.6mA是足够的了，可解得R2=2093,R1=1031,实际取2K、1K，则UBQ=1.67V。
最大输入电流计算可以先用戴维南定律把R1、R2、R3及信号源等效为UI和RI，rbe估为1K，UI/(RI+rbe)=14.3uA,IBQ取15uA,则IEQ≈ICQ=IBQ*h=3.75mA。
R5=UEQ/IEQ=1V/3.75mA=266.7欧，实际用2个510欧并联代替，则IEQ=3.92mA。
R4=(Vcc-UCQ)/ICQ=2V/3.92mA =510欧3、动态参数估计根据原理图容易画出等效电路如上图。
rbe≈200+26mV*β/ICQ=1858欧Au=Uo/Ui=-βib(R4//R6)/Ui=-(UI/(RI+rbe))β(R4//R6)/Ui=21.54、电路仿真先断开信号源测量静态工作点与理论计算相符。
接上信号源观察和测量输出电压（通道A红色、通道B蓝色）输出波形上胖下廋，失真较为严重，测量失真度已经在10%左右。
主要原因是R1选小了。
选择输出944mV计算电压增益约为-19，基本相符。
5、电路搭接这个电路用简单的刀刻法，只刻出Vcc、GND、输入、输出四个节点。
6、参数测量静态工作点UCQ=3.03V，UEQ=0.97V，UBQ=1.64V输出波形失真情况和仿真结果类似，对着晶体管哈气波形峰值变为900mV，波谷为-840mV。
温度变化导致h发生变化，加入直流反馈并不能稳定电压增益，主要是为了稳定静态工作点。
7、加入交流负反馈为了减小失真和稳定电压增益需要引入交流负反馈，要求电压增益还为-20左右。
加入交流负反馈必然会使电压增益减小，所以必须把R1去除了，其他参数都保存不变。
为了确定R7的值需要先计算开环增益，再计算反馈系数。
开环增益容易得出为gm*R4（这里忽略了rbb），gm=ICQ/26mV=3.92mA/26mV=0.15077S。
反馈系数F=(R5//R7)/R4环路增益AF=gm(R5//R7)闭合增益Au=A/(1+AF)=20，带入上面的计算值可以解得R5//R7=18.9欧，即R7=20.4欧，实际只能用两个47欧并联代替，即23.5欧，因此电压增益为-17.5左右。
仿真波形如下仿真失真度为2.634%，失真度确实改善了许多，按780mV计算电压增益为-15.6，也基本符合理论计算。
实际电路测量如下和仿真波形结果基本吻合，电压增益按768mV计算为-15.36。
四、加入电压并联负反馈这个电路最早小时候在磁带机的电路原路图中看到过的，用于麦克风和磁头的初级放大。
由于反馈电阻并没有并联电容，所以引入的是交直流负反馈，既可以稳定静态工作点，又可以稳定电压增益，而且整个电路使用的器件少，非常适合作为简单的初级放大电路。
1、设计需求信号源最大幅度为50mV，三极管为9013，h=250，电源电压5V。
2、静态工作点估算由于引入了交流负反馈，看上去很难计算出正常工作时最大的ib值，实际上并不需要复杂的计算，电压并联负反馈，反馈量是电流，粗略计算往往认为电路引入的是深度负反馈，所以将有大部分的电流从R2中分流出去，而流进基极的电流将很小。
如果我们按开环来计算则计算出来的ICQ是足够满足要求的。
可以预测出该电路的静态工作电流非常小所以估算rbe时可以多估算些，我们就按2K估算（也容易列方程求解出）。
ib=Ui/(R3+rbe)=7.5uA，IBQ取7.7UA，UCQ=Vcc/2=2.5V，R1=UCQ/ICQ=UCQ/(IBQ*h)=1.3K，R2=(2.5V-0.65)/7.7uA=240K3、动态参数估计用节点电位法容易求解出电压增益。
列出以Ub和Uo所在节点的方程，可解出Ub=12.8mV，Uo=-1.03V,Au=Uo/Ui=-1.03V/50mV=-20.64、电路仿真先断开信号源测量静态工作点与理论计算相符接上信号源观察和测量输出电压（通道A红色、通道B蓝色）失真非常小，只有2.68%。
按-1V计算电压增益为-1V/50mV=20，与理论计算相符。
5、电路搭接依旧是刻3刀完成的，虽然看上去不美观，满足测量是没有问题的。
6、参数测量静态工作点测量，UCQ=2.6V，UBQ=0.67V输出波形和仿真结果基本接近，按900mV计算电压增益为-18。
对着晶体管哈气峰峰值为1.84V，最大不过1.88V。
引入交流负反馈确实对电压增益有较好的稳定作用。
五、多级非反馈放大电路1、设计需求信号源最大幅度为50mV，三极管为9013，h=250，9015，h=300，电源电压12V，电压增益80。
因为开环增益约为A1*A2，A2 =5V/26mV=192，估算A1时考虑Ri2=Rc1，即A1=A2/2=96，开环增益为192*96=18432，所以闭合增益需求为90是没有问题的。