公共集電極放大器及分壓器公式增益案例配置方程

通用集電極放大器在其發(fā)射極負(fù)載上產(chǎn)生輸出電壓，該輸出電壓與輸入信號(hào)同相

通用集電極放大器是另一種類(lèi)型的雙極結(jié)晶體管，（BJT）配置，其中輸入信號(hào)施加到基極端子，輸出信號(hào)取自發(fā)射極端子。因此，集電極端子對(duì)輸入和輸出電路都是通用的。這種類(lèi)型的配置稱為通用集電極（CC），因?yàn)榧姌O端子通過(guò)電源有效地“接地”或“接地”。

在許多方面，公共集電極配置（CC）是相反的共發(fā)射極（CE）配置，因?yàn)檫B接的負(fù)載電阻從R C 的集電極端子變?yōu)镽 E 的發(fā)射極端子。

通常使用公共集電極或接地集電極配置，其中高阻抗輸入源需要連接到需要高電流增益的低阻抗輸出負(fù)載?？紤]下面的公共集電極放大器電路。

使用NPN晶體管的公共集電極放大器

電阻器R 1 和R 2 形成一個(gè)簡(jiǎn)單的分壓器網(wǎng)絡(luò)，用于將NPN晶體管偏置為導(dǎo)通。由于該分壓器輕微加載晶體管，因此可以使用所示的簡(jiǎn)單分壓器公式輕松計(jì)算基極電壓V B 。

分壓器網(wǎng)絡(luò)

晶體管的集電極端子直接連接到V CC 且沒(méi)有集電極電阻，（R C = 0）任何集電極電流都會(huì)在發(fā)射極電阻R E 上產(chǎn)生電壓降。

然而，在集電極放大器電路中，電壓降相同，V E 也代表輸出電壓，V OUT 。

理想情況下，我們希望R E 上的直流電壓降是等于電源電壓的一半，V CC 使晶體管的靜態(tài)輸出電壓位于特性曲線的中間位置，從而允許最大的未壓縮輸出信號(hào)。因此，R E 的選擇在很大程度上取決于I B 和晶體管電流增益β，β。

當(dāng)基極 - 發(fā)射極pn結(jié)正向偏置時(shí)，基極電流流過(guò)結(jié)到發(fā)射極，促使晶體管動(dòng)作，導(dǎo)致更大的集電極電流I C 流動(dòng)。因此，發(fā)射極電流是基極電流和集電極電流的組合，如下：I E = I B + I C 。然而，由于基極電流與集電極電流相比非常小，因此發(fā)射極電流近似等于集電極電流。因此，I E ≈I C

與共發(fā)射極（CE）放大器配置一樣，輸入信號(hào)被施加到晶體管基極端子，并且如前所述，放大器輸出信號(hào)來(lái)自發(fā)射極發(fā)射極端。然而，由于在晶體管基極和其發(fā)射極端子之間僅存在一個(gè)正向偏置的pn結(jié)，所以施加到基極的任何輸入信號(hào)都直接通過(guò)結(jié)到發(fā)射極。因此，發(fā)射器上的輸出信號(hào)與基極施加的輸入信號(hào)同相。

由于放大器輸出信號(hào)來(lái)自發(fā)射極負(fù)載，因此這種類(lèi)型的晶體管配置也被稱為發(fā)射器跟隨器電路作為發(fā)射器輸出“跟隨”或跟蹤基本輸入信號(hào)的任何電壓變化，除了它保持低于基準(zhǔn)電壓約0.7伏（V BE ） 。因此，V IN 和V OUT 同相，在輸入和輸出信號(hào)之間產(chǎn)生零相位差。

話雖如此，發(fā)射器pn-結(jié)有效地充當(dāng)正向偏置二極管，對(duì)于小的AC輸入信號(hào)，該發(fā)射極二極管結(jié)具有下式給出的電阻： r' e = 25mV / I e 其中25mV是室溫下結(jié)的熱電壓（25 o C），I e 是發(fā)射極電流。因此，隨著發(fā)射極電流的增加，發(fā)射極電阻會(huì)按比例減小。

流經(jīng)內(nèi)部基極 - 發(fā)射極結(jié)電阻的基極電流也流出并通過(guò)外部連接的發(fā)射極電阻R 電子 。這兩個(gè)電阻串聯(lián)連接，因此用作產(chǎn)生電壓降的分壓器網(wǎng)絡(luò)。由于 r' e 的值非常小，而R E 要大得多，通常在千歐（kΩ）范圍內(nèi)，因此，放大器輸出電壓小于其輸入電壓。

然而，實(shí)際上輸出電壓的幅度（峰峰值）通常在輸入電壓的98％到99％之間。在大多數(shù)情況下足夠接近被認(rèn)為是單位增益。

我們可以通過(guò)使用分壓器公式計(jì)算公共集電極放大器的電壓增益，V A ，如圖所示假設(shè)基準(zhǔn)電壓V B 實(shí)際上是輸入電壓，V IN 。

共集電極放大器電壓增益

因此，公共集電極放大器不能提供電壓放大，并且用于描述公共集電極放大器電路的另一個(gè)表達(dá)式是電壓跟隨器電路，原因很明顯。因此，由于輸出信號(hào)緊密跟隨輸入并與輸入同相，因此公共集電極電路是非反相單位電壓增益放大器。

公共集電極放大器示例No1

使用NPN雙極晶體管和分壓器偏置網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建共集電極放大器。如果R 1 =5k6Ω，則R 2 =6k8Ω，電源電壓為12伏。計(jì)算值：V B ，V C 和V E ，發(fā)射極電流I E ，內(nèi)部當(dāng)使用4k7Ω的負(fù)載電阻時(shí)，發(fā)射極電阻r' e 和放大器電壓增益A V 。同時(shí)用負(fù)載線繪制最終電路和相應(yīng)的特性曲線。

1?；鶚O偏置電壓，V B

2。集電極電壓，V C 。由于沒(méi)有集電極負(fù)載電阻，晶體管集電極端子直接連接到直流電源軌，因此V C = V CC = 12伏。

3。發(fā)射極偏置電壓，V E

4。發(fā)射器電流，I E

5。交流發(fā)射極電阻，r' e

6。電壓增益，A V

具有負(fù)載線的公共集電極放大器電路

公共集電極輸入阻抗

雖然公共集電極放大器不是很擅長(zhǎng)電壓放大器，因?yàn)槲覀冇锌梢?jiàn)，它的小信號(hào)電壓增益近似等于1（A V ?1），然而由于其高輸入（Z IN ）和低輸出（Z OUT ）阻抗，提供輸入信號(hào)源與負(fù)載阻抗負(fù)載之間的隔離。

公共集電極放大器的另一個(gè)有用特性是它提供電流增益（A i ），只要它是導(dǎo)電的。也就是說(shuō)，它可以傳遞從集電極流向發(fā)射極的大電流，以響應(yīng)其基極電流I B 的微小變化。請(qǐng)記住，此DC電流僅看到R E ，因?yàn)闆](méi)有R C 。那么直流電流就是：V CC / R E ，如果R E 很小，它可能很大。

考慮下面的基本共集電極放大器或射極跟隨器配置。

通用集電極放大器配置

對(duì)于電路的交流分析，電容短路且V CC 短路（零阻抗）。因此，等效電路如下所示，偏置電流和電壓如下：

查看基礎(chǔ)的公共收集器配置的輸入阻抗，Z IN 給出為：

但是作為Beta，β通常遠(yuǎn)大于1（通常在100）以上，β+ 1 的表達(dá)式可以簡(jiǎn)化為β，β，因?yàn)槌艘?00幾乎與乘以101相同。因此：

公共集電極放大器基極阻抗

式中：β是晶體管電流增益，R e 是等效的發(fā)射極電阻，r' e 是發(fā)射極 - 基極二極管的交流電阻。注意，由于R e 的組合值通常遠(yuǎn)大于二極管等效電阻，r' e （千歐姆與幾歐姆相比）晶體管基極阻抗可以簡(jiǎn)單地給出：β* R e

這里有一點(diǎn)值得注意的是晶體管輸入基極阻抗，Z IN（基極）可以通過(guò)并聯(lián)連接的發(fā)射極支路電阻R E 或負(fù)載電阻R L 的值來(lái)控制。

雖然上面的等式給出了我們看到晶體管基極的輸入阻抗，但它沒(méi)有給出源信號(hào)看到整個(gè)放大器電路的真實(shí)輸入阻抗。為此，我們需要考慮構(gòu)成分壓器偏置網(wǎng)絡(luò)的兩個(gè)電阻器。因此：

公共集電極放大器輸入阻抗

Common Collector示例No2

使用上一個(gè)如果負(fù)載電阻R L 為10kΩ且NPN晶體管電流增益為100，則計(jì)算晶體管基極和放大器級(jí)的輸入阻抗。

1 。交流發(fā)射極電阻，r' e

2。等效負(fù)載電阻，R e

3。晶體管基極阻抗，Z BASE

2。放大器輸入阻抗，Z IN（STAGE）

由于晶體管基極阻抗322kΩ遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于放大器輸入阻抗2.8kΩ，因此公共集電極放大器的輸入阻抗由兩個(gè)偏置電阻R 1 和R 2 的比率決定。 / p>

公共集電極輸出阻抗

要確定CC放大器輸出阻抗Z OUT 從負(fù)載回到放大器發(fā)射極端子，我們必須首先去除負(fù)載因?yàn)槲覀兿Ｍ吹津?qū)動(dòng)負(fù)載的放大器的有效電阻。因此，查看放大器輸出的AC等效電路如下：

從上面看，基本電路的輸入阻抗如下： <跨度> - [R <子>乙 = R <子> 1 || - [R <子> 2 。晶體管的電流增益如下：β。因此，輸出方程式如下：

我們可以看到發(fā)射極電阻R E 是有效的與晶體管的整個(gè)阻抗并行回到其發(fā)射極端子并聯(lián)。

如果我們使用上面的元件值計(jì)算我們的共射極放大器電路的輸出阻抗，它將給出輸出阻抗Z OUT 小于50Ω（49.5Ω），遠(yuǎn)小于輸入阻抗較高的Z IN（BASE）。

因此我們可以從那時(shí)起， Common Collector Amplifier 配置具有非常高的輸入阻抗和非常低的輸出阻抗，可以驅(qū)動(dòng)低阻抗負(fù)載。實(shí)際上由于CC放大器具有相對(duì)較高的輸入阻抗和極低的輸出阻抗，因此通常用作單位增益緩沖放大器。

確定輸出阻抗Z OUT 我們的示例放大器通過(guò)計(jì)算大約為50Ω，如果我們現(xiàn)在將10kΩ負(fù)載電阻連接回電路，則產(chǎn)生的輸出阻抗將為：

雖然負(fù)載電阻為10kΩ，但等效輸出電阻仍低至49.3Ω。這是因?yàn)镽 L 與Z OUT 相比較大，因此對(duì)于最大功率傳輸，R L 必須等于Z OUT 。由于公共集電極放大器的電壓增益被認(rèn)為是單位（1），因此放大器功率增益必須等于其當(dāng)前增益，如P = V * I。

由于公共集電極電流增益定義為發(fā)射極電流與基極電流之比，γ= I E / I B =β+ 1 ，因此遵循放大器電流增益必須近似等于Beta（β），因?yàn)棣? 1 實(shí)際上與Beta相同。

Common Collector Summary

我們它已經(jīng)在本教程中看到了Common Collector Amplifier它得名，因?yàn)锽JT的集電極端子對(duì)輸入和輸出電路都是通用的，因?yàn)闆](méi)有集電極電阻，R C 。

公共集電極放大器的電壓增益近似等于1（A v ?1）及其當(dāng)前增益A i 大約等于Beta，（A i ?β），這取決于特定tran的值晶體管Beta值可以安靜高。

我們還通過(guò)計(jì)算看到，輸入阻抗Z IN 為高，而其輸出阻抗為Z OUT 低電平，使其可用于阻抗匹配（或電阻匹配）或作為電壓源和低阻抗負(fù)載之間的緩沖電路。

當(dāng)公共集電極（CC）放大器接收到它時(shí)輸入信號(hào)到基極，輸出電壓取自發(fā)射極負(fù)載，輸入和輸出電壓是“同相”（0 o 相位差），因此公共集電極配置按次要名稱發(fā)射極跟隨器的輸出電壓（發(fā)射極電壓）跟隨輸入基準(zhǔn)電壓。