公共集电极放大器及分压器公式增益案例配置方程

发表于 2019-06-27 15:39:26 收藏 已收藏
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公共集电极放大器及分压器公式增益案例配置方程

发表于 2019-06-27 15:39:26
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通用集电极放大器在其发射极负载上产生输出电压,该输出电压与输入信号同相

通用集电极放大器是另一种类型的双极结晶体管,(BJT)配置,其中输入信号施加到基极端子,输出信号取自发射极端子。因此,集电极端子对输入和输出电路都是通用的。这种类型的配置称为通用集电极(CC),因为集电极端子通过电源有效地“接地”或“接地”。

在许多方面,公共集电极配置(CC)是相反的共发射极(CE)配置,因为连接的负载电阻从R C 的集电极端子变为R E 的发射极端子。

通常使用公共集电极或接地集电极配置,其中高阻抗输入源需要连接到需要高电流增益的低阻抗输出负载。考虑下面的公共集电极放大器电路。

使用NPN晶体管的公共集电极放大器

电阻器R 1 和R 2 形成一个简单的分压器网络,用于将NPN晶体管偏置为导通。由于该分压器轻微加载晶体管,因此可以使用所示的简单分压器公式轻松计算基极电压V B 。

分压器网络

晶体管的集电极端子直接连接到V CC 且没有集电极电阻,(R C = 0)任何集电极电流都会在发射极电阻R E 上产生电压降。

然而,在集电极放大器电路中,电压降相同,V E 也代表输出电压,V OUT 。

理想情况下,我们希望R E 上的直流电压降是等于电源电压的一半,V CC 使晶体管的静态输出电压位于特性曲线的中间位置,从而允许最大的未压缩输出信号。因此,R E 的选择在很大程度上取决于I B 和晶体管电流增益β,β。

当基极 - 发射极pn结正向偏置时,基极电流流过结到发射极,促使晶体管动作,导致更大的集电极电流I C 流动。因此,发射极电流是基极电流和集电极电流的组合,如下:I E = I B + I C 。然而,由于基极电流与集电极电流相比非常小,因此发射极电流近似等于集电极电流。因此,I E ≈I C

与共发射极(CE)放大器配置一样,输入信号被施加到晶体管基极端子,并且如前所述,放大器输出信号来自发射极发射极端。然而,由于在晶体管基极和其发射极端子之间仅存在一个正向偏置的pn结,所以施加到基极的任何输入信号都直接通过结到发射极。因此,发射器上的输出信号与基极施加的输入信号同相。

由于放大器输出信号来自发射极负载,因此这种类型的晶体管配置也被称为发射器跟随器电路作为发射器输出“跟随”或跟踪基本输入信号的任何电压变化,除了它保持低于基准电压约0.7伏(V BE ) 。因此,V IN 和V OUT 同相,在输入和输出信号之间产生零相位差。

话虽如此,发射器pn-结有效地充当正向偏置二极管,对于小的AC输入信号,该发射极二极管结具有下式给出的电阻: r' e = 25mV / I e 其中25mV是室温下结的热电压(25 o C),I e 是发射极电流。因此,随着发射极电流的增加,发射极电阻会按比例减小。

流经内部基极 - 发射极结电阻的基极电流也流出并通过外部连接的发射极电阻R 电子 。这两个电阻串联连接,因此用作产生电压降的分压器网络。由于 r' e 的值非常小,而R E 要大得多,通常在千欧(kΩ)范围内,因此,放大器输出电压小于其输入电压。

然而,实际上输出电压的幅度(峰峰值)通常在输入电压的98%到99%之间。在大多数情况下足够接近被认为是单位增益。

我们可以通过使用分压器公式计算公共集电极放大器的电压增益,V A ,如图所示假设基准电压V B 实际上是输入电压,V IN 。

共集电极放大器电压增益

因此,公共集电极放大器不能提供电压放大,并且用于描述公共集电极放大器电路的另一个表达式是电压跟随器电路,原因很明显。因此,由于输出信号紧密跟随输入并与输入同相,因此公共集电极电路是非反相单位电压增益放大器。

公共集电极放大器示例No1

使用NPN双极晶体管和分压器偏置网络构建共集电极放大器。如果R 1 =5k6Ω,则R 2 =6k8Ω,电源电压为12伏。计算值:V B ,V C 和V E ,发射极电流I E ,内部当使用4k7Ω的负载电阻时,发射极电阻r' e 和放大器电压增益A V 。同时用负载线绘制最终电路和相应的特性曲线。

1。基极偏置电压,V B

2。集电极电压,V C 。由于没有集电极负载电阻,晶体管集电极端子直接连接到直流电源轨,因此V C = V CC = 12伏。

3。发射极偏置电压,V E

4。发射器电流,I E

5。交流发射极电阻,r' e

6。电压增益,A V

具有负载线的公共集电极放大器电路

公共集电极输入阻抗

虽然公共集电极放大器不是很擅长电压放大器,因为我们有可见,它的小信号电压增益近似等于1(A V ≅1),然而由于其高输入(Z IN )和低输出(Z OUT )阻抗,提供输入信号源与负载阻抗负载之间的隔离。

公共集电极放大器的另一个有用特性是它提供电流增益(A i ),只要它是导电的。也就是说,它可以传递从集电极流向发射极的大电流,以响应其基极电流I B 的微小变化。请记住,此DC电流仅看到R E ,因为没有R C 。那么直流电流就是:V CC / R E ,如果R E 很小,它可能很大。

考虑下面的基本共集电极放大器或射极跟随器配置。

通用集电极放大器配置

对于电路的交流分析,电容短路且V CC 短路(零阻抗)。因此,等效电路如下所示,偏置电流和电压如下:

查看基础的公共收集器配置的输入阻抗,Z IN 给出为:

但是作为Beta,β通常远大于1(通常在100)以上,β+ 1 的表达式可以简化为β,β,因为乘以100几乎与乘以101相同。因此:

公共集电极放大器基极阻抗

式中:β是晶体管电流增益,R e 是等效的发射极电阻,r' e 是发射极 - 基极二极管的交流电阻。注意,由于R e 的组合值通常远大于二极管等效电阻,r' e (千欧姆与几欧姆相比)晶体管基极阻抗可以简单地给出:β* R e

这里有一点值得注意的是晶体管输入基极阻抗,Z IN(基极)可以通过并联连接的发射极支路电阻R E 或负载电阻R L 的值来控制。

虽然上面的等式给出了我们看到晶体管基极的输入阻抗,但它没有给出源信号看到整个放大器电路的真实输入阻抗。为此,我们需要考虑构成分压器偏置网络的两个电阻器。因此:

公共集电极放大器输入阻抗

Common Collector示例No2

使用上一个如果负载电阻R L 为10kΩ且NPN晶体管电流增益为100,则计算晶体管基极和放大器级的输入阻抗。

1 。交流发射极电阻,r' e

2。等效负载电阻,R e

3。晶体管基极阻抗,Z BASE

2。放大器输入阻抗,Z IN(STAGE)

由于晶体管基极阻抗322kΩ远远高于放大器输入阻抗2.8kΩ,因此公共集电极放大器的输入阻抗由两个偏置电阻R 1 和R 2 的比率决定。 / p>

公共集电极输出阻抗

要确定CC放大器输出阻抗Z OUT 从负载回到放大器发射极端子,我们必须首先去除负载因为我们希望看到驱动负载的放大器的有效电阻。因此,查看放大器输出的AC等效电路如下:

从上面看,基本电路的输入阻抗如下: <跨度> - [R <子>乙 = R <子> 1 || - [R <子> 2 。晶体管的电流增益如下:β。因此,输出方程式如下:

我们可以看到发射极电阻R E 是有效的与晶体管的整个阻抗并行回到其发射极端子并联。

如果我们使用上面的元件值计算我们的共射极放大器电路的输出阻抗,它将给出输出阻抗Z OUT 小于50Ω(49.5Ω),远小于输入阻抗较高的Z IN(BASE)。

因此我们可以从那时起, Common Collector Amplifier 配置具有非常高的输入阻抗和非常低的输出阻抗,可以驱动低阻抗负载。实际上由于CC放大器具有相对较高的输入阻抗和极低的输出阻抗,因此通常用作单位增益缓冲放大器。

确定输出阻抗Z OUT 我们的示例放大器通过计算大约为50Ω,如果我们现在将10kΩ负载电阻连接回电路,则产生的输出阻抗将为:

虽然负载电阻为10kΩ,但等效输出电阻仍低至49.3Ω。这是因为R L 与Z OUT 相比较大,因此对于最大功率传输,R L 必须等于Z OUT 。由于公共集电极放大器的电压增益被认为是单位(1),因此放大器功率增益必须等于其当前增益,如P = V * I。

由于公共集电极电流增益定义为发射极电流与基极电流之比,γ= I E / I B =β+ 1 ,因此遵循放大器电流增益必须近似等于Beta(β),因为β+ 1 实际上与Beta相同。

Common Collector Summary

我们它已经在本教程中看到了Common Collector Amplifier它得名,因为BJT的集电极端子对输入和输出电路都是通用的,因为没有集电极电阻,R C 。

公共集电极放大器的电压增益近似等于1(A v ≅1)及其当前增益A i 大约等于Beta,(A i ≅β),这取决于特定tran的值晶体管Beta值可以安静高。

我们还通过计算看到,输入阻抗Z IN 为高,而其输出阻抗为Z OUT 低电平,使其可用于阻抗匹配(或电阻匹配)或作为电压源和低阻抗负载之间的缓冲电路。

当公共集电极(CC)放大器接收到它时输入信号到基极,输出电压取自发射极负载,输入和输出电压是“同相”(0 o 相位差),因此公共集电极配置按次要名称发射极跟随器的输出电压(发射极电压)跟随输入基准电压。

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