2.4 晶體管單管放大電路的三種基本接法

通過對單管共射放大電路的分析和計算,使得放大電路的組成原則更明確和具體了.放大的關鍵是發揮晶體管的控制作用.在共射電路中,晶體管的b-e為輸入端,c-e為輸出端,利用iB對iC的控制作用,實現了電流放大和電壓放大.有沒有其他的控制關系呢?比如,能不能用iB去控制iE?用iE去控制iC?用iC去控制iE?在實現這些控制的過程中,電路能不能得到功率的放大?我們先把這幾種電流控制關系的示意圖表示在下圖中,以便分析和比較.圖a是iB對iC的控制,是以e極為公共端,這就是前面介紹過的共射接法;圖b是iB對iE的控制,以c極為公共端,稱為共集接法;圖c和圖d是共基接法.下面我們分別分析后兩種接法組成的放大電路.

2.4.1 共集放大電路

一.電路的組成

如前所述,電路要能放大,晶體管應工作在放大區,即UBE>0,UBC<0,所以電源和電阻的設置要滿足這些條件.其基本電路如圖所示.VBB和Rb及Re相配合,給晶體管設置合適的基極電流;VCC提供了晶體管的集電極電流和輸出電流.交流信號ui從基極輸入,產生變化的基極電流iB,再通過晶體管得到了放大了的iE,而變化的iE流過電阻Re得到了變化的電壓,從發射極輸出.對于交流信號來說,集電極是公共端,所以是共集放大電路.

二. 靜態工作點的計算

我們介紹用等效電路的方法來計算電路的靜態工作點.我們先畫出原電路的直流通路,如圖所示,然后再將晶體管用簡化直流模型代替,得到如圖所示的等效電路.

根據圖可以列出方程求解.

輸入回路 VBB=IBQ*Rb+Uon+IEQ*Re=IBQ*Rb+Uon+(1+貝塔)*IBQ*Re

IBQ=(VBB-Uon)/(Rb+(1+貝塔)*Re)

輸出回路 ICQ=貝塔*IBQ

UCEQ=VCC-IEQ*Re約=VCC-ICQ*Re

這樣就很方便地求出靜態工作點的數值.

三. 交流性能的計算

如圖為原電路的交流通路,圖b是將圖a的樣子變了一下,使之成為共集的形式.圖c是將圖b中的晶體管用如圖所示的簡化h參數模型代替后的等效電路.根據如圖所示的等效電路可算出Au

Au=Uo/Ui=(Ie*Re)/(Ib*(Rb+rbe)+Ie*Re)=(1+貝塔)*Ib*Re/(Ib*(Rb+rbe)+(1+貝塔)*Ib*Re)

=(1+貝塔)*Re/(Rb+rbe+(1+貝塔)*Re)

我們發現:(1)Au是正值.這說明Uo和Ui是同相的;(2)Au是小于1的,但在(1+貝塔)*Re比(Rb+rbe)大得多的情況下,Au將接近于1.雖然Au略小于1,但它的輸出電流Ie比輸入電流Ib要大很多,因此這個電路仍有功率放大作用由于它的Uo近似等于Ui,二者同相,又因為是從發射極輸出,所以也被稱為射極輸出電路,或稱為射極跟隨器.它的電壓傳輸特性讀者可自行畫出.電路的輸入電阻Ri是

Ri=Ui/Ii=Ui/Ib=(Ib*(Rb+rbe)+(1+貝塔)*Ib*Re)/Ib

Ri=Rb+rbe+(1+貝塔)*Re

可見共集電路的輸入電阻與共射基本電路的輸入電阻相比要大得多.輸出電阻Ro的計算方法同共射放大電路.我們令Ui=0,在輸出端加電壓Uo,通過Io來求Ro.此時的等效電路如圖所示.從圖中可以看到輸出電阻Ro可以看成是Re和Ro'的并聯.其中Ro'是從Re左邊向左看進去的等效電阻.

Ro'=Uo/(-Ie)=Uo/(-(1+貝塔)*Ib)

由于Uo是接在e-c之間的,Rb+rbe也是接在e-c之間,且流過的電流是Ib,按所設正方向Uo=-(Rb+rbe)*Ib,故

Ro'=(1/(1+貝塔))*(Uo/-Ib)=(1/(1+貝塔))*(Rb+rbe)

因此

Ro=Re//(Rb+rbe)/(1+貝塔)

從上式可以看出,由于發射極和基極之間有聯系,Ro不是等于Re而是Re和(Rb+rbe)/(1+貝塔)的并聯.當Rb,rbe都比較小而貝塔比較大時,Ro'將要比Re小得多.

例2-6 如圖所示電路中,VBB=7.2v,VCC=12v,Rb=22k,Re=5k,晶體管的rbb'=100,貝塔=50.試計算Q點及Au,Ri和Ro.

解:由前式可得 IBQ=(7.2-0.7)/(22+(50+1)*5)約=0.024mA

ICQ=1.2mA,UCEQ=VCC-IEQ*Re約=6v

rbe=rbb'+(1+貝塔)*UT/IEQ約=1.2k

Au=(1+貝塔)*Re/(Rb+rbe+(1+貝塔)*Re)=0.92

Ri=Rb+rbe+(1+貝塔)*Re=278.2k

Ro=Re||(Rb+rbe)/(1+貝塔)=410.

由于共集放大電路的輸入電阻大,輸出電阻小,所以常用來實現阻抗的轉換.輸入電阻大,可使流過信號的電流減小;輸出電阻小,即帶負載能力強;故常用于多級放大電路的輸入級和輸出級.

2.4.2 共基放大電路

以共基接法組成的放大電路稱為共基放大電路.電路組成原則如前,分析計算方法也如前,故在這里只做簡單的介紹.基本放大電路如圖所示.VEE,VCC的極性保證晶體管處于放大狀態,Re是信號回路的電阻.靜態工作點可利用直流模型及直流等效電路來計算,這里不再說明,主要介紹交流性能的計算.交流通路和h參數等效電路如圖所示.根據圖可得

Au=Uo/Ui=-貝塔*Ib*Rc/-(Ib*rbe+Io*Re)=貝塔*Re/(rbe+(1+貝塔)*Re)

Ri=Ui/Ii=Ui/-Ie=(-Ie*Re-Ib*rbe)/-Ie=Re+rbe/(1+貝塔)

Ro=Rc||Ro' ,而Ro'=Uo/貝塔*Ib |Ui=0 = 無窮大. 因此

Ro=Rc

例2-7 電路如圖所示.設Re=1k,Rc=5k,晶體管的貝塔=50,rbe=1.2k.試計算Au,Ri和Ro的值.

解: 利用前式可求出

Au=貝塔*Rc/(rbe+(1+貝塔)*Re)=4.8

Ri=Re+rbe/(1+貝塔)=1k

Ro=Rc=5k

根據上面的計算,共基電路有這幾個特點:(1)當Re=0時,電壓放大倍數和共射放大電路Rb=0時相同(絕對值均為 貝塔*Rc/rbe),而且是正值,表明輸出與輸入信號同相.(2)輸入電阻比共射電路的小.(3)輸出電阻與共射電路一樣.共基電路還有一個優點,它的頻率響應好,在要求頻率特性高的場合多采用共基電路.在如圖所示的電路中,若與前圖相比較,可見發射極和集電極是對調了.除了極個別的晶體管具有發射結和集電結對稱的特點,因此可以實現正常的放大作用外,一般的晶體管在這種情況下,它的貝塔值很小,故放大作用很小甚至不能放大.至于另外以基極作為信號輸出端的接法,由于得不到電流放大所以不被采用.

2.4.3 三種接法的比較

利用晶體管的三種接法可以組成三種基本的放大電路.它們的主要特點及應用大致歸納如下:

1. 共射電路具有較大的電壓放大倍數和電流放大倍數,同時輸入電阻和輸出電阻適中.所以,在一般對輸入電阻,輸出電阻和頻率響應沒有特殊要求的地方,常被采用.例如低頻電壓放大電路的輸入級,中間級或輸出級.

2. 共集電路的特點是:輸入電阻在三種基本電路中最大;輸出電阻則最小;電壓放大倍數是接近于1而小于1的正數,具有電壓跟隨的性質.由于具有這些特點,故應用很廣泛.常用于放大電路的輸入級,也常用于電路的功率輸出級.

3. 共基電路的主要特點是輸入電阻小,放大倍數和共射電路差不多,頻率特性好.常用于寬頻放大器.

擴展閱讀：什么是放大電路及其基本形式介紹?