初級模擬電路:4-7 共集放大電路(交流分析)


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      共集放大電路的公共端為集電極,輸出信號Vo從射極取出。且由於共集放大電路的電壓放大倍數Av近似於1(即輸出電壓等於輸入電壓),因此常被稱作射極跟隨器(emitter-follower)。由於共集放大電路和共射放大電路的形式非常類似,僅僅是從不同的極取出輸出信號,因此也有:固定偏置、分壓偏置等不同形式的電路。

      射極跟隨器的作用主要是用於阻抗匹配(impedance-matching)。它的輸入阻抗非常高、且輸出阻抗很低(與固定偏置共射放大電路的特點正好相反),因而可以在多級放大電路中,作為中繼來使用,使得電路達到比較理想的輸入輸出效果。

 

 

1. 固定偏置

      典型的固定偏置的射極跟隨器電路如下圖所示:

圖4-07.01 

      將上圖中的BJT晶體管替換成re等效模型后的交流等效電路如下圖所示(注意下圖中的所有電量符號都變成了交流的相量形式):

圖4-07.02 

      和前面分析共射放大電路時類似,為分析簡便起見,我們暫不考慮輸出電阻ro的影響。(前面我們在共射放大電路的分析中已經演示過如何考慮ro的影響進行計算了,如果你完全掌握了那個推算方法,這里關於ro的影響就可以完全自己推啦。)

 

● 輸入阻抗:

      輸入阻抗的計算方法和前面射極偏置電路的計算方法相同:先求出不含RB時,直接從BJT輸入端看入的“僅BJT的輸入阻抗”Zb,然后再用Zb和RB並聯得到。

      對BJT的輸入端列寫KVL方程可得:

      則從BJT輸入端看入的等效電阻Zb為:

      通常RE為kΩ級,遠大於幾個歐姆級的re,如果需要的話,上式可進一步近似為:

      算出Zb后,輸入阻抗為RB和Zb的並聯:

 

● 輸出阻抗:

      我們下面采用標准方法計算輸出阻抗Zo:首先將輸入端Vi短接,然后在輸出端施加一個Uo的外電源,通過計算Uo/Io來計算Zo,由於上面的圖4-07.02僅是用來說明用re模型替換成等效電路的概念的,直接用它來對電路求解顯得有點怪異,為方便列方程計算,我們將其變一下形,如下圖所示:

圖4-07.03 

      上圖可以通過對3個KVL回路列方程求解。但是由於此圖結構比較簡單,我們直接使用觀察法來求解:觀察上圖,我們可以得到關於Uo的兩個計算式:

      從上面兩個等式我們可以得到Ib和Io的關系式:

      將上式代入前面的任何一個Uo表達式,可得:

      由於ββ+1,我們在上式分子分母同除β可得:

      通常由於RE≫re,故上式可近似為:

 

● 電壓放大倍數:

      我們先分別列寫出Vo和Vi的表達式:

      然后將他們相比即可得到電壓放大倍數Av

      考慮到ββ+1,上式可近似為:

      由於re一般為幾個歐姆,而RE一般在kΩ級,所以射極跟隨器的電壓放大倍數Av一般都略小於1。

      這里電壓放大倍數Av符號為正,說明輸入信號Vi和輸出信號Vo是同相的。

 

 

2. 分壓偏置

      分壓偏置的射極跟隨器電路如下圖所示:

圖4-07.04 

      與固定偏置相比,分壓偏置的射極跟隨器的靜態工作點更加穩定。交流分析方法和上面幾乎完全相同,結果也大致相同,僅是輸入阻抗計算時的RB換成了:RB1∥RB2

      另外,還可以通過為射極跟隨器添加集電極電阻RC,加入RC僅僅用於調整輸出端的靜態工作點,不會影響輸入阻抗、輸出阻抗和電壓放大系數的計算公式,其電路如下圖所示:

圖4-07.05 

      下面我們通過一個實際計算案例,看看射極跟隨器的輸入和輸出阻抗是不是真的有那么理想。

案例4-7-1:對於下圖的射極跟隨器,使用re等效模型試求:(1)re的值;(2)輸入阻抗Zi;(3)輸出阻抗Zo;(4)電壓放大倍數Av

圖4-07.a1 

 

解:(1)re的值由流過三極管發射結的靜態工作電流(即IE)決定:

 


 

(2)輸入阻抗Zi為Zb和RB的並聯:

 


 

(3)輸出阻抗Zo為:

 


 

(4)電壓放大倍數Av為:

     

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