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2.4 共集电极放大电路和共基极放大电路

2.4.1 共集电极放大电路

1.电路的基本组成

共集电极放大电路如图2-23a所示,其中RB是基极偏置电阻,RE为发射极电阻。图2-23c所示为共集电极放大电路的交流通路,从图中可以看出,输入信号是从基极和集电极输入,输出信号是从发射极和集电极送出,也就是说,集电极是输入与输出电路的公共端,因此被称为共集电极放大电路。由于负载电阻RL是接在发射极的,输出信号从晶体管发射极取出,所以共集电极放大电路也称为“射极输出器”。

图2-23 共集电极放大电路

2.静态分析

如图2-23b所示为共集电极放大电路的直流通路,根据基尔霍夫电压定律可得

UCC=IBQRB+UBEQ+IEQRE=IBQRB+UBEQ+(1+βIBQRE

所以可得

3.动态分析

如图2-24所示为共集电极放大电路的微变等效电路。

(1)输入电阻ri

如图2-24所示,可知,且在回路中可知

图2-24 共集电极放大电路的微变等效电路

所以可得

(2)输出电阻ro

如果要计算输出电阻,需要对共集电极放大电路的微变等效电路进行处理,即:将图2-24中的负载电阻RL去掉后,在RE两端并联一个假想的电压源,由所产生的电流的方向如图2-25所示;同时将信号源短路,但保留RS。经过变换的计算输出电阻ro电路图如图2-25所示。注意:在图2-25中,各电流的方向已经发生了改变。

图2-25 输出电阻ro的计算电路

在图2-25中,如果从电阻RE两端向左看进去,不难发现RE与其他电阻的关系

由此可知,RE两端的电压与rbe+(RS//RB)两端的电压是相等的,所以可得

整理上式可得

又因为:,且:,所以可得

根据输出电阻ro的定义有

(3)电压放大倍数Au

4.共集电极放大电路的特点

1)共集电极放大电路的放大倍数近似为1,即:,且相位相同,表明跟随的变化而变化,所以射极输出器又被称为射极跟随器,简称射随器。

射极输出器输入与输出关系仿真

2)共集电极放大电路的输入电阻高,可以用作多级放大电路的输入级,使电路的输入信号与信号源信号基本相等。

3)共集电极放大电路的输出电阻低,可用作多级放大电路的输出级,以提高电路的带负载能力。

例2-4】电路如图2-26a所示,负载RL开路,试根据图中所示已知条件计算放大电路的静态工作点、电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。

图2-26 【例2-4】题图

【例2-4】射极输出器静态工作点测试仿真

:1)画出电路的直流通路如图2-26b所示,计算静态工作点

2)晶体管的输入电阻

3)电压放大倍数

4)由于负载RL开路,即RL=∞,得输入电阻

ri=RB//[rbe+(1+βRE]=342kΩ//[1.526kΩ+51×8kΩ]≈186kΩ

5)输出电阻

2.4.2 共基极放大电路

1.共基极放大电路组成

如图2-27a所示为共基极放大电路,其中RB1RB2为基极偏置电阻,RC是集电极电阻,RE是发射极偏置电阻,大电容CE使基极对地交流短路。图2-27c所示为共基极放大电路的交流通路,从图中可以看出,共基组态放大电路是把基极作为输入回路与输出回路的公共端。

图2-27 共基组态放大电路

2.静态分析

如图2-27b所示为共基极放大电路的直流通路,可得出

3.动态分析

如图2-28所示为共基极放大电路的微变等效电路。

图2-28 共基极放大电路微变等效电路

(1)输入电阻ri的计算

在图2-28中,可以看出,且,所以可得输入电阻ri

(2)输出电阻ro计算

将图2-28中的负载电阻RL去掉,在RC两端并联一个假想的电压源,将信号源短路,保留RS,电路变换后的电流及其他各支路电流的大小和方向如图2-29所示。

图2-29 输出电阻ro的计算电路

由于信号源电压被短路,保留内阻RS,且晶体管C和E之间的动态电阻rce>>RC,可知

所以

(3)电压放大倍数Au和电流放大倍数Ai的计算

根据图2-28所示的微变等效电路可得电压放大倍数为

Au为正,说明放大电路输入与输出信号相位相同。

在共基极放大电路中往往要计算电流放大倍数Ai。如图2-28所示,RLRC是并联关系,有并联电路的分流公式可求得输出电流

在电路的输入端,由于,由,可以求得:;且,所以可以求出输入电流为

故放大电路的电流放大倍数Ai

由放大电路的电流放大倍数Ai的公式可知:当电路中的RC>>RLRE>>rbe时,Ai接近于1,但小于1,即:虽没有电流放大作用,但有良好的恒流输出特性,所以共基放大电路又称为电流跟随器,适合作高频、宽带放大或恒流源。