共射极（CE）放大器的发射极电阻是设定放大器增益的重要组件之一。它通过限制对放大器级的负反馈量来实现这一功能。简而言之，发射极旁路电容器通过抑制反馈来增加放大器的增益。
本文首先介绍了一个典型的共射极放大器，然后探讨了发射极旁路电容器的工作原理。我们将研究电容器对增益、失真和频率响应的影响，同时探讨部分旁路发射极电阻的优势。通过调整R4（图1所示），可以改变被旁路的发射极电阻的比例来实现这些目标。
你可以在MultisimLive上加载此电路的交互式仿真。
图1：典型的A类共射极放大器，使用2N3904晶体管。可变电阻R4设定发射极电阻的旁路比例。
增益演示
让我们首先观察发射极旁路电容器对放大器增益的影响。图2显示了在以10%的增量调整可变电阻R4时放大器的响应。可以看到，响应是非线性的，当C2直接连接到晶体管的发射极时，增益增加。该图还表明更高的增益伴随着更大的失真。
需要注意的是，图2是使用Multisim live的“参数”功能自动生成的。这个工具允许用户专注于某个组件并调整其数值。在此示例中，工具用于调整R4从0欧姆到140欧姆，且每个设置都会绘制相应的放大器输出。
图2：可变电阻R4调整后的放大器响应：绿色为输入，蓝色为输出。每条曲线代表给定电位器设置下的输出，每次增量为10%。最大增益和最大失真发生在C2直接连接到晶体管的发射极时。
技术小贴士： 直流偏置用于设定晶体管的工作点。R1、R2和R3设定了晶体管的静态（无信号）工作点。在此示例中，数值被选为在R3和晶体管集电极的连接处有大约一半的源电压。注意，直流偏置与C1、C2、C3和C4无关，这些组件仅与放大器的动态（交流）性能有关。
反馈的重要性
反馈和增益是本次讨论中的核心概念。如图2所示，发射极旁路电容器（图1中的C2）直接影响这两个参数。
负反馈的定义
负反馈对放大器性能有深远的影响。它使放大器更线性（更好的保真度）、更稳定、增加带宽，并减少噪声。这个性能提升是以牺牲增益为代价的。如图2所示，低增益（高反馈）配置将提供最佳的保真度。
技术小贴士： 作为一个设计练习，建议使用总谐波失真仪或简单的方法来测量性能。注意，测量应从低失真的信号源（如维恩桥振荡器）开始。
共射极放大器中的反馈机制
通常，我们通过运算放大器或控制系统（如PID）的角度来探讨负反馈。在这两种情况下，我们可以轻松识别出反馈信号从输出传递到输入的物理反馈线。
然而，共射极放大器的反馈机制更为隐蔽，因为没有物理反馈线。我们需要通过电流和电压来理解这个过程。例如：
- 假设晶体管的输出信号定义为集电极电流。
- 注意集电极电流耦合到发射极电流。
- 注意R1和R2固定了晶体管基极的直流偏置电压
- 可以暂时移除旁路电容器C2。
要理解反馈机制，考虑当集电极电流增加时会发生什么。集电极电流耦合到发射极电流，导致R4上的电压相应上升。当我们考虑固定的R1和R2偏置电压时，晶体管的增加电流趋向于自我关闭，这种特性被称为退化反馈。
此时我们可以探讨旁路电容器C2的作用。当安装该电容器时，它会打破反馈机制，实际上将发射极电压“钉住”在发射极静态电压上。由于R4上的电压是稳定的，反馈机制被禁用。
技术小贴士： 关于反馈机制被禁用的说法是简化的，它没有考虑到晶体管的内在发射极电阻。这种内部电阻，通常称为小re，是温度和发射极电流的函数。它的计算公式为：
其中，25 mV是半导体的热电压。
或许以后我们可以更深入探讨这个重要的计算及其对晶体管增益的影响。目前，只需知道re是确定放大器增益的机制中重要的一部分。
为什么需要发射极电阻？
在理想情况下，我们可以去除发射极电阻。然而，在现实中我们很快发现并非所有晶体管都是一致的。例如，在10 mA工作电流下，onsemi的2N3904BU的直流增益参数（HFE）可以从100到300不等，增益还受温度影响。
发射极电阻提供了一种反馈机制，以减轻单个晶体管的变化并缓解温度变化的影响。这是一种自我调节的反馈机制，用于稳定晶体管。
需要注意的是，这种直流反馈机制与动态交流反馈机制有关，但它们并不相同。
推荐的发射极旁路电容器的大小是多少？
作为起点，发射极旁路电容器的电抗应为发射极电阻的1/10，以适应最低感兴趣频率。例如，假设图1中的电路用于音频放大器，其截止频率为20 Hz。我们可以通过以下公式计算电容值：
计算得到的电容值约为470 μF。
图3和图4分别显示了旁路电容器设置为100 μF和1 μF时放大器的频率响应。对于图3，100 μF电容器足够，放大器的16 dB通带相对平坦。图4则展示了当电容器过小时的情况。放大器在高频下仍有16 dB响应，但在“前廊”处的增益大约为10 dB。从很多方面来看，这重申了图2中的结论。回顾一下，放大器的增益由发射极电阻被发射极电容器旁路的比例决定。在低频时，1 μF电容的电抗太高。实际上，对于低频，电容器几乎等同于不存在。只有当我们接近10 kHz时，旁路电容器才开始生效。
图3：当R4设置为50%且C2设置为100 μF时放大器的频率响应。
图4：当R4设置为50%且C2设置为1 μF时放大器的频率响应。
在上一节中，我们提到直流偏置和动态交流的反馈机制是相关但不同的。这在图4中得到了清楚的体现。在低频下，发射极旁路电容不起作用。事实上，在稳态直流条件下，发射极旁路电容是“看不见”的。因此，我们可以说直流特性和交流特性并不相同。然而，它们都基于通过晶体管的电流来使用相同的自调节机制。
请注意，图4中的第一个十年观察到的高通滤波作用是由输入和输出耦合电容的限制引起的。为了提高性能，可能需要一个更复杂的直流耦合电路。
一些想法
发射极旁路电容是决定放大器增益的几个器件之一。共发射极放大器是基于负反馈原理运作的。与运算放大器不同的是，这里没有“反馈线”。相反，反馈是通过晶体管中的电流实现的。当晶体管导通时，发射极电阻上产生的电压会产生一个与此相反的（负反馈）反应，试图关闭晶体管。发射极旁路电容在一定程度上可以调节反馈量，完全旁路发射极电阻时会得到最高增益。我们意识到电容电抗的重要性，当电容电抗相对于发射极电阻较低时，旁路电容开始起作用。