晶体管单管放大电路三种基本接法详解
晶体管单管放大电路三种基本接法详解
晶体管放大电路是电子工程中的基础内容，其中单管放大电路的三种基本接法（共集、共基和共射）各有特点和应用场景。本文将详细介绍这三种接法的电路组成、静态分析、动态分析及其应用，并通过具体例题帮助读者深入理解。
2.5 晶体管单管放大电路的三种基本接法
2.5.1 基本共集放大电路
一、电路的组成
基本共集放大电路，也称为射极跟随器，是一种输出电压基本等同于输入电压但具有电流放大能力的配置。电路的直流通路（图2.5.1(b)）由基极电源 𝑉𝑚Vm 以及电阻 𝑅1R1 和 𝑅𝐸RE 组成，确定了晶体管的基极电流。输出回路包含集电极电源 𝑉𝑐𝑐Vcc ，提供集电极和输出电流。
图2.5.1(a) 显示了电路的基本组成，(b) 是直流通路，(c) 是交流通路
二、静态分析
在直流通路中，可以列出以下方程：
输入回路方程：𝑉𝑚𝑚=𝐼𝑚𝑅+𝑈𝑚𝑔+𝐼𝑅𝐸=𝐼𝑚𝑅+𝑈𝑚𝑔+(1+𝛽)𝐼𝑚𝑅𝐸Vmm =Im R+Umg +IRE =Im R+Umg +(1+β)Im RE
基极静态电流 𝐼I
发射极静态电流 𝐼𝐸IE
管压降 𝑈𝐶𝐸UCE
三、动态分析
共集放大电路的交流等效电路见图2.5.2。根据 𝐴𝑣Av 的定义，其表达式为： 𝐴𝑣=𝑢𝑜𝑢𝑡𝑢𝑖𝑛≈1Av =uin uout ≈1 这表明输出电压与输入电压同相且幅度接近相等，即 𝐴𝑣Av 大于0且小于1，通常接近1。
输入电阻 𝑅𝑖𝑛Rin 非常大，由于发射极电阻 𝑅𝐸RE 通过负反馈作用被增大到 (1+𝛽)𝑅𝐸(1+β)RE ，可以达到几十千欧至几百千欧，远大于共射放大电路。
输出电阻 𝑅𝑜𝑢𝑡Rout 较小，表达式为 𝑅𝑜𝑢𝑡=𝑅/(1+𝛽)Rout =R/(1+β)，通常只有几十欧，由于 𝛽β 通常至少几十倍，故此值非常小。
四、应用
由于共集放大电路具有高输入电阻和低输出电阻的特性，它非常适合用作多级放大电路的输入级或输出级。此外，其也常用于连接两个电路以减少相互影响，起到缓冲的作用。
这种电路虽然没有电压放大作用，但由于能提供较大的电流放大，因此在功率放大方面表现良好，常用于信号传输中电阻匹配和负载驱动等应用场景。
【例2.5.1】共集放大电路的分析
Q点估算
基极静态电流𝐼𝐵IB ： 𝐼𝐵=𝑉𝑚−𝑈𝑚𝑔𝑅1+(1+𝛽)𝑅𝐸=6𝑉−0.7𝑉15𝑘Ω+(1+150)×5𝑘Ω≈6.88𝜇𝐴IB =R1 +(1+β)RE Vm −Umg =15kΩ+(1+150)×5kΩ6V−0.7V ≈6.88μA
发射极静态电流𝐼𝐸IE （近似等于集电极电流 𝐼𝐶IC ）： 𝐼𝐸≈(1+𝛽)𝐼𝐵≈1.04𝑚𝐴IE ≈(1+β)IB ≈1.04mA
集电极电位𝑈𝐶𝐸UCE ： 𝑈𝐶𝐸=𝑉𝑐𝑐−𝐼𝐸𝑅𝐸=12𝑉−1.04𝑚𝐴×5𝑘Ω≈6.8𝑉UCE =Vcc −IE RE =12V−1.04mA×5kΩ≈6.8V
动态参数
电压放大倍数𝐴𝑣Av ： 𝐴𝑣=𝑅𝐸𝑅𝑖𝑛+𝑅𝐸+𝑟≈0.975Av =Rin +RE +rRE ≈0.975 (由于共集电路近似为射极跟随器，𝐴𝑣Av 接近于1)
输入电阻𝑅𝑖𝑛Rin ： 𝑅𝑖𝑛=𝑅1+𝑟+(1+𝛽)𝑅𝐸≈774𝑘ΩRin =R1 +r+(1+β)RE ≈774kΩ
输出电阻𝑅𝑜𝑢𝑡Rout ： 𝑅𝑜𝑢𝑡=𝑅𝐸1+𝛽≈33ΩRout =1+βRE ≈33Ω
2.5.2 基本共基放大电路
基本结构和动态参数
共基放大电路的特点是其输入信号施加在发射极，输出从集电极获得，基极通常接地（对AC信号）。此配置提供很高的电压增益但较低的输入阻抗。
电压增益𝐴𝑣Av （很高，由于没有电流增益，主要为电压增益）： 𝐴𝑣=𝛽𝑅𝐶𝑟𝑒Av =βre RC
输入电阻𝑅𝑖𝑛Rin （较低）： 𝑅𝑖𝑛=𝑟𝑒Rin =re
输出电阻𝑅𝑜𝑢𝑡Rout （较高，与共射类似）： 𝑅𝑜𝑢𝑡=𝑅𝐶Rout =RC
共基放大电路的应用
由于其宽频带和高电压增益特性，共基放大电路常用于高频放大应用，如无线电通信。它的低输入阻抗限制了与高阻抗信号源的匹配。
【例2.5.2】共基放大电路的参数估算
设定的参数：
𝑅1=300ΩR1 =300Ω
𝑅𝐶=5𝑘ΩRC =5kΩ
𝛽=100β=100
𝑟𝑒=1𝑘Ωre =1kΩ
根据共基放大电路的特性方程：
电压增益𝐴𝑣Av ： 𝐴𝑣=𝛽𝑅𝐶𝑟𝑒=1005𝑘Ω1𝑘Ω=500Av =βre RC =1001kΩ5kΩ =500
输入电阻𝑅𝑖𝑛Rin ： 𝑅𝑖𝑛=𝑟𝑒=1𝑘ΩRin =re =1kΩ
输出电阻𝑅𝑜𝑢𝑡Rout ： 𝑅𝑜𝑢𝑡=𝑅𝐶=5𝑘ΩRout =RC =5kΩ
这些计算表明共基放大电路提供高电压增益，适用于需要高频率响应和高电压增益的应用场景。
2.5.3 三种接法的比较
在晶体管单管放大电路的三种基本接法中，每种接法都具有其独特的性能特点和适用场景。以下是这三种基本接法的特点归纳和比较：
1. 共射电路
特点：
能够放大电压和电流。
输入电阻中等，输出电阻较高。
频带较窄，适用于低频应用。
应用：
常用作低频电压放大器的基本单元。
由于其能放大电压和电流，适用于需要增强信号强度的应用。
2. 共集电路（射极跟随器）
特点：
主要放大电流，电压放大倍数接近1（电压跟随）。
输入电阻最大，输出电阻最小。
具有较好的电压跟随性能，可减少信号失真。
应用：
常用于电压放大电路的输入级和输出级，用于匹配高输入阻抗或低输出阻抗的要求。
在功率放大电路中，尤其适合作为最后一级放大器，以驱动负载。
3. 共基电路
特点：
主要放大电压，不能放大电流。
输入电阻小，电压放大倍数高，输出电阻与共射类似。
高频特性优越，适用于宽带宽应用。
应用：
常用于需要宽频带或高频应用的场合，如无线电和高频通信。
由于其高频响应性能好，适用于信号的快速传输和放大。
综合比较
输入电阻：共集 > 共射 > 共基
输出电阻：共射 > 共基 > 共集
频带宽度：共基 > 共集 > 共射
电压放大能力：共基 > 共射 > 共集
电流放大能力：共射 > 共基 > 共集（几乎无）
每种接法都有其优势和局限，选择时应根据具体的应用需求和电路环境进行优化设计。