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三极管共射放大电路(NPN Common-Emitter Amplifier)

三极管共射放大电路(NPN Common-Emitter Amplifier) 飞多学堂
2026-09-02
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导读:💡 电路名称三极管共射放大电路(Common-Emitter Amplifier,2N2222 + 4 电阻

💡 电路名称

三极管共射放大电路(Common-Emitter Amplifier,2N2222 + 4 电阻分压偏置)

昨天我们用 NPN 三极管(2N2222)当"电子开关"——基极给 5V → 集电极直接拉到地,LED 亮。今天我们让三极管工作在线性放大区,给它一个小信号正弦波(10mV),输出端得到一个放大了约 250 倍、反相 180° 的正弦波(约 2.5V)——这就是所有模拟电路的心脏 💓:共射放大器。麦克风、音频功放、运放内部、收音机前端……几乎所有信号放大的第一级都用这个电路。


🗺️ 电路图

8 个核心元件组成的"分压偏置共射放大器"(不含电源):

最经典的小信号放大结构:4 电阻组成分压器给基极提供稳定静态工作点,RC1 把集电极电流变化"翻译"成电压变化,C1/C2 隔直流让小信号进得去出得来,CE1 把发射极电阻"短路"以获得高增益。

节点 / 端口
接什么
作用
VIN
(全局标签)
输入端口
1kHz 10mV 峰值的正弦小信号
C1
 (10µF)
VIN → 基极节点
输入耦合电容
:隔直流,让交流小信号无损地送入基极
R1
 (47kΩ)
+12V → 基极
上偏置电阻
:与 R2 一起给基极提供稳定的 V_B ≈ 2.1V
R2
 (10kΩ)
基极 → GND
下偏置电阻
:与 R1 形成 V_B = 12V × 10/(47+10) ≈ 2.1V
Q1
 (2N2222)
B/C/E 三极
核心放大管
:基极电流变化 → 集电极电流变化 → 输出电压变化
RC1
 (4.7kΩ)
+12V → 集电极
集电极电阻(负载)
:把 I_C 变化转换成 V_C 电压变化(I_C↑ → V_C↓)
C2
 (10µF)
集电极 → VOUT
输出耦合电容
:隔直流,把放大的交流信号送到下一级
RE1
 (1kΩ)
发射极 → GND
发射极电阻
:提供直流负反馈,稳定静态工作点(I_C 漂移自动补偿)
CE1
 (100µF)
发射极 → GND
发射极旁路电容
:交流上把 R_E "短路"(不参与放大),让 |A_V| 从 ~5 提升到 ~250

两对"分压对"让电路稳定工作

mermaid


🌊 输入/输出波形对比

1kHz 10mV 峰值小信号正弦 经 254 倍反相放大后的理论波形(理想线性模型、未接负载):

三极管共射放大电路 NumPy 波形

通道
波形
含义
① VIN
10mV 峰值正弦(pp 20mV)
输入的小信号正弦波(C1 隔直后的交流分量)
② VOUT
5.4V ± 2.54V 的反相正弦
输出波形(集电极电压):静态工作点 5.4V 上叠加 ±2.54V 交流分量(峰峰值 ≈ 5.1V),与 VIN 反相 180°
③ VIN × A_V
±2.54V 反相正弦(紫色)
理想反相放大结果,与 VIN 完美镜像:10mV 峰值 × 254 = 2.54V 峰值

关键参数验证

参数
理论值
说明
静态 V_B
12V × 10/(47+10) ≈ 2.10 V
分压器输出
静态 V_E
V_B − 0.7V ≈ 1.40 V
BE 结压降
静态 I_C
V_E / R_E ≈ 1.4 mA
偏置电流(决定放大能力)
静态 V_C
12V − 1.4mA × 4.7k ≈ 5.4 V
静态工作点(在电源中点附近 → 放大空间最大)
r_e
26mV / I_E ≈ 18.5 Ω
发射结动态电阻(与电流成反比)
|A_V|
R_C / r_e ≈ 254 倍
有 CE1 旁路时的小信号电压增益

🔬 LTspice 仿真验证

仿真环境 LTspice 26.0.2-b -ascii 批量模式)。原理图与波形数据由 scripts/day-17-rebuild.py 自动生成——元件引脚坐标直接解析官方 .asy 符号,连线后自检无浮空节点,因此仿真日志 0 WARNING

LTspice 仿真原理图(拓扑与 🗺️ 电路图一致,只多了一个 100MΩ 虚拟负载):

LTspice 仿真原理图

仿真电路在 C2 输出端接了 RL = 100MΩ 虚拟负载,只为避免 C2 右端浮空报错,对增益无影响(100MΩ ‖ 4.7kΩ ≈ 4.7kΩ)。真实接 10kΩ 负载时增益会降到约 158 倍。

输入侧:VIN 经 C1 隔直后,骑在基极 2.05V 偏置上(黄=输入,青=基极)

LTspice 输入侧波形

输出侧:集电极反相放大,C2 隔直后中心回到 0V(绿=集电极,红=输出)

LTspice 输出侧波形

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