晶体管的三种接法 静态工作点和交流性能计算问题

通过对单管共射放大电路的分析和计算，使得放大电路的组成原则更明确和具体了。放大的关键是发挥晶体管的控制作用。在共射电路中，晶体管的b-e为输入端，c-e为输出端，利用iB对iC的控制作用，实现了电流放大和电压放大。有没有其他的控制关系呢?比如，能不能用iB去控制iE?用iE去控制iC?用iC去控制iE?在实现这些控制的过程中，电路能不能得到功率的放大?我们先把这几种电流控制关系的示意图表示在下图中，以便分析和比较。图a是iB对iC的控制，是以e极为公共端，这就是前面介绍过的共射接法;图b是iB对iE的控制，以c极为公共端，称为共集接法;图c和图d是共基接法。下面我们分别分析后两种接法组成的放大电路。

共集放大电路

一、电路的组成

如前所述，电路要能放大，晶体管应工作在放大区，即UBE》0，UBC《0，所以电源和电阻的设置要满足这些条件。其基本电路如图所示.VBB和Rb及Re相配合，给晶体管设置合适的基极电流;VCC提供了晶体管的集电极电流和输出电流。交流信号ui从基极输入，产生变化的基极电流iB，再通过晶体管得到了放大了的iE，而变化的iE流过电阻Re得到了变化的电压，从发射极输出。对于交流信号来说，集电极是公共端，所以是共集放大电路。

二、 静态工作点的计算

我们介绍用等效电路的方法来计算电路的静态工作点。我们先画出原电路的直流通路，如图所示，然后再将晶体管用简化直流模型代替，得到如图所示的等效电路。

根据图可以列出方程求解。

输入回路 VBB=IBQ*Rb+Uon+IEQ*Re=IBQ*Rb+Uon+(1+贝塔)*IBQ*Re

IBQ=(VBB-Uon)/(Rb+(1+贝塔)*Re)

输出回路 ICQ=贝塔*IBQ

UCEQ=VCC-IEQ*Re约=VCC-ICQ*Re

这样就很方便地求出静态工作点的数值。

三、交流性能的计算

如图为原电路的交流通路，图b是将图a的样子变了一下，使之成为共集的形式。图c是将图b中的晶体管用如图所示的简化h参数模型代替后的等效电路。根据如图所示的等效电路可算出Au

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

=(1+贝塔)*Re/(Rb+rbe+(1+贝塔)*Re)

我们发现：(1)Au是正值。这说明Uo和Ui是同相的;( 1)Au是小于1的，但在(1+贝塔)*Re比(Rb+rbe)大得多的情况下，Au将接近于1.虽然Au略小于1，但它的输出电流Ie比输入电流Ib要大很多，因此这个电路仍有功率放大作用由于它的Uo近似等于Ui，二者同相，又因为是从发射极输出，所以也被称为射极输出电路，或称为射极跟随器。它的电压传输特性读者可自行画出。电路的输入电阻Ri是

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

Ri=Rb+rbe+(1+贝塔)*Re

可见共集电路的输入电阻与共射基本电路的输入电阻相比要大得多。输出电阻Ro的计算方法同共射放大电路。我们令Ui=0，在输出端加电压Uo，通过Io来求Ro.此时的等效电路如图所示。从图中可以看到输出电阻Ro可以看成是Re和Ro‘的并联。其中Ro’是从Re左边向左看进去的等效电阻。

Ro‘=Uo/(-Ie)=Uo/(-(1+贝塔)*Ib)

由于Uo是接在e-c之间的，Rb+rbe也是接在e-c之间，且流过的电流是Ib，按所设正方向Uo=-(Rb+rbe)*Ib，故

Ro’=(1/(1+贝塔))*(Uo/-Ib)=(1/(1+贝塔))*(Rb+rbe)

因此

Ro=Re//(Rb+rbe)/(1+贝塔)

从上式可以看出，由于发射极和基极之间有联系，Ro不是等于Re而是Re和(Rb+rbe)/(1+贝塔)的并联。当Rb，rbe都比较小而贝塔比较大时，Ro‘将要比Re小得多。

例 1-6 如图所示电路中，VBB=7. 1v，VCC=1 1v，Rb= 1 1k，Re=5k，晶体管的rbb’=100，贝塔=50.试计算Q点及Au，Ri和Ro.

解：由前式可得 IBQ=(7. 1-0.7)/( 1 1+(50+1)*5)约=0.0 14mA

ICQ=1. 1mA，UCEQ=VCC-IEQ*Re约=6v

rbe=rbb‘+(1+贝塔)*UT/IEQ约=1. 1k

Au=(1+贝塔)*Re/(Rb+rbe+(1+贝塔)*Re)=0.9 1

Ri=Rb+rbe+(1+贝塔)*Re= 178. 1k

Ro=Re||(Rb+rbe)/(1+贝塔)=410.

由于共集放大电路的输入电阻大，输出电阻小，所以常用来实现阻抗的转换。输入电阻大，可使流过信号的电流减小;输出电阻小，即带负载能力强;故常用于多级放大电路的输入级和输出级。

1.4. 1 共基放大电路

以共基接法组成的放大电路称为共基放大电路。电路组成原则如前，分析计算方法也如前，故在这里只做简单的介绍。基本放大电路如图所示.VEE，VCC的极性保证晶体管处于放大状态，Re是信号回路的电阻。静态工作点可利用直流模型及直流等效电路来计算，这里不再说明，主要介绍交流性能的计算。交流通路和h参数等效电路如图所示。根据图可得

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

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

Ro=Rc||Ro’ ，而Ro‘=Uo/贝塔*Ib |Ui=0 = 无穷大。 因此

Ro=Rc

例 1-7 电路如图所示。设Re=1k，Rc=5k，晶体管的贝塔=50，rbe=1. 1k.试计算Au，Ri和Ro的值。

解： 利用前式可求出

Au=贝塔*Rc/(rbe+(1+贝塔)*Re)=4.8

Ri=Re+rbe/(1+贝塔)=1k

Ro=Rc=5k

根据上面的计算，共基电路有这几个特点：(1)当Re=0时，电压放大倍数和共射放大电路Rb=0时相同(绝对值均为 贝塔*Rc/rbe)，而且是正值，表明输出与输入信号同相。( 1)输入电阻比共射电路的小。(3)输出电阻与共射电路一样。共基电路还有一个优点，它的频率响应好，在要求频率特性高的场合多采用共基电路。在如图所示的电路中，若与前图相比较，可见发射极和集电极是对调了。除了极个别的晶体管具有发射结和集电结对称的特点，因此可以实现正常的放大作用外，一般的晶体管在这种情况下，它的贝塔值很小，故放大作用很小甚至不能放大。至于另外以基极作为信号输出端的接法，由于得不到电流放大所以不被采用。

1.4.3 三种接法的比较

利用晶体管的三种接法可以组成三种基本的放大电路。它们的主要特点及应用大致归纳如下：

1. 共射电路具有较大的电压放大倍数和电流放大倍数，同时输入电阻和输出电阻适中。所以，在一般对输入电阻，输出电阻和频率响应没有特殊要求的地方，常被采用。例如低频电压放大电路的输入级，中间级或输出级。

1. 共集电路的特点是：输入电阻在三种基本电路中最大;输出电阻则最小;电压放大倍数是接近于1而小于1的正数，具有电压跟随的性质。由于具有这些特点，故应用很广泛。常用于放大电路的输入级，也常用于电路的功率输出级。

3. 共基电路的主要特点是输入电阻小，放大倍数和共射电路差不多，频率特性好。常用于宽频放大器.