晶體管的三種接法 靜態(tài)工作點和交流性能計算問題

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(guān)鍵是發(fā)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(xiàn)了電流放大和電壓放大。有沒有其他的控制關(guān)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(xiàn)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(guān)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。

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(yīng)工作在放大區(qū)，即UBE》0，UBC《0，所以電源和電阻的設(shè)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(shè)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(chǎn)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(fā)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(tài)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(tài)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(jù)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(tài)工作點的數(shù)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(shù)模型代替后的等效電路。根據(jù)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(fā)現(xiàn)：(1)Au是正值。這說明Uo和Ui是同相的;( 1)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(fā)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(lián)。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(shè)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(fā)射極和基極之間有聯(lián)系，Ro不是等于Re而是Re和(Rb+rbe)/(1+貝塔)的并聯(lián)。當(dāng)Rb，rbe都比較小而貝塔比較大時，Ro‘將要比Re小得多。

例 1-6 如圖所示電路中，VBB=7. 1v，VCC=1 1v，Rb= 1 1k，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. 1-0.7)/( 1 1+(50+1)*5)約=0.0 14mA

ICQ=1. 1mA，UCEQ=VCC-IEQ*Re約=6v

rbe=rbb‘+(1+貝塔)*UT/IEQ約=1. 1k

Au=(1+貝塔)*Re/(Rb+rbe+(1+貝塔)*Re)=0.9 1

Ri=Rb+rbe+(1+貝塔)*Re= 178. 1k

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(xiàn)阻抗的轉(zhuǎn)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。

1.4. 1 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(tài)，Re是信號回路的電阻。靜態(tài)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(shù)等效電路如圖所示。根據(jù)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 1-7 電路如圖所示。設(shè)Re=1k，Rc=5k，晶體管的貝塔=50，rbe=1. 1k.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(jù)上面的計算，共基電路有這幾個特點：(1)當(dāng)Re=0時，電壓放大倍數(shù)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。( 1)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(yōu)點，它的頻率響應(yīng)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(fā)射極和集電極是對調(diào)了。除了極個別的晶體管具有發(fā)射結(jié)和集電結(jié)對稱的特點，因此可以實現(xiàn)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。

1.4.3 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(yīng)用大致歸納如下：

1. 共射電路具有較大的電壓放大倍數(shù)和電流放大倍數(shù)，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(yīng)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。

1. 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(shù)是接近于1而小于1的正數(shù)，具有電壓跟隨的性質(zhì)。由于具有這些特點，故應(yīng)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(shù)和共射電路差不多，頻率特性好。常用于寬頻放大器.