共集电极放大电路-音响甲类功放电路设计实例

2022-11-28 来源：elecfans

共集电极放大电路，它可以构成音响爱好者最津津乐道的甲类功放。

共集电极放大电路电路图如下，我们可以看到，输出端是接在电阻Re上的，而Re的电压(射极对地电压)总是比三极管B极电压低0.7V，输入到B极的信号电压总是比输出电压高0.7V(注意!!!并非输入信号比输出信号幅度高0.7V)，所以共集电极放大电路也称为射极跟随器。

基本电路

在交流等效电路中，电源正负极短接，电容短接，产生发射极本征电阻，所以有如下交流等效电路。

交流等效电路

从上面的交流等效电路中，我们可以看出，共集电极放大电路的电压增益Av = (Re//RL) / (Re//RL+re') ，在re'远小于Re//RL时电压增益约等于1。

共集电极放大电路电压增益

输入阻抗为Rin = Rb1//Rb2//(HFE*(Re//RL+re'))

输入阻抗

电流放大倍数 Ai = Av*(Rin / (Re//RL))，而共集电极放大电路的电压增益约等于1，所以电流放大倍数Ai ≈ Rin / (Re//RL)。

电流放大倍数

放大功率P= Av*Ai ，而Av接近1，所以放大功率约等于Ai。

共集电极放大电路实例

对于设计，我总是希望贴近我们可以去制作的电路，今天我们就来设计一个甲类功放。

信号从手机3.5MM耳机接口取，耳机接口输出电压在1.3V左右。因为输出电压低，而共集电极放大电路不能放大电压，所以我们分为两级放大。第一级使用共射极放大电路放大电压，第二级使用共集电极放大电路放大功率，供电电压选择12V，喇叭选择8Ω/5W。

首先共射极放大电路我之前的文章已经讲过如何设计了，就不再累述，具体电路如下。

电压放大

第二级我们要进行功率放大，共集电极放大电路设计如下。

电阻Re的选择：Re我们选择和输出负载(喇叭)的阻值一样8Ω。

偏置电阻Rb1和Rb2的选择：对于共集电极放大电路来说，把偏置设置在电源电压的2/3是最好的，。我们知道三极管的电流Ie约等于Ib*HFE，所以电阻Rb1的阻值不应该大于HFE倍Re。所以Rb1选择500Ω，Rb2为1KΩ，此时B极电压被设定在2/3电源电压。

输出电容选择，因为输出电容和负载构成一个高通滤波器，所以根据高通滤波器计算公式f = 1/(2πRC)，输入频率最小为20Hz，计算出输出电容最小需要994uF，选择1000uF。

输入阻抗：根据输入阻抗计算公式Rin = Rb1//Rb2//(HFE*(Re//RL+re') ，计算得输入阻抗约等于275Ω，而后级输入阻抗是并联在前级输出阻抗上的，所以前级电压放大倍数由8倍变为Av = (Rc//RL)/(Re+re')≈5.8倍。

从电路图可以看出，三极管Q2的静态功耗(无信号输入时)为(VCC-Ub-0.7)^2 / R7 = (12V-8V-0.7V)^2 / 8Ω = 3.3^2 / 8 = 1.36W 这也是为甲类功放总是需要一个非常大的散热器的原因。

整体电路如果是单电源双声道可以使用两个上面的电路分别放大左右声道，使用双联电位器同时调节左右声道音量。对于双电源可以使用下面的电路，只是需要使用对管罢了。

双电源双声道共集电极放大电路电阻Re为什么选择和负载阻抗一样?

对于共集电极放大电路来说，在波形的负半周。输出电容相当于一个电源，它为负载提供能量，负载和射极电阻相当于一个分压器。射极电阻Re比负载大，分到的电压越大，射极电压越高，如果输入B极的负半周信号突然变化(电容来不及放电)，信号则会在低于射极电压加0.7V时失真。而如果射极电阻比负载小，射极分到的电压越小，这对信号是有利的，它不容易使信号失真。但是，Re越小，则静态功耗越大，三极管发热越大。让三极管工作在越高的温度下是越不利于电路稳定的。