共发射极放大器的特性和偏置,共发射极放大电路应用

描述

这种配置称为共发射极配置,因为这里发射极用作输入基极信号和输出负载的公共负端子。换句话说,发射极端子成为输入级和输出级的参考端(意味着基极和集电极端共用)。

常见的发射极放大器是最常用的晶体管配置,如图所示。3.13 以下 PNP 和 NPN 晶体管。

应用电路

基本上,这里晶体管基极端子用作输入,集电极配置为输出,发射极与两者共用(例如,如果晶体管是NPN,则发射极可以连接到接地线参考),因此它被称为共发射极。对于FET,类似电路称为共源放大器。

常见发射器特性

就像这里的公共基极配置一样,两个特性范围对于充分解释共发射极设置的性质也变得至关重要:一个用于输入或基极-发射极电路,另一个用于输出或集电极-发射极电路。

这两组如图所示。下文3.14:

应用电路

发射极、集电极和基极的电流流向按照标准常规规则指示。

尽管配置已更改,但在我们以前的公共基本配置中建立的当前流的关系仍然适用于此处,无需进行任何修改。

这可以表示为:I E = I C + IB 和I C =I E。

对于我们目前的共发射极配置,指示的输出特性是一组选定输入电流值(IB)的输出电流(IC)与输出电压(VCE)的图形表示。

输入特性可以看作是一组给定输出电压值(V CE)

应用电路

观察图的特点。3.14 表示 IB 的值,单位为微安,而不是 IC 的毫安。

我们还发现,IB的曲线不像在共基极配置中为IE实现的曲线那样完全水平,这意味着集电极到发射极电压具有影响基极电流值的能力。

共发射器配置的有效区域可以理解为右上象限中具有最大线性度的部分,这意味着IB的曲线趋于几乎笔直且均匀分布的特定区域。

在图内。3.14a 在VCEsat处的垂直虚线右侧和IB等于零的曲线上可以看到该区域。VCEsat左侧的区域称为饱和区域。

在共发射极放大器的有源区域内,集电极-基极结将反向偏置,而基极-发射极结将正向偏置。

如果您还记得这些因素与在公共基础设置的活动区域中持续存在的因素完全相同。共发射极配置的有源区域可用于电压、电流或功率放大。

与共基极配置相比,共发射极配置的截止区域似乎没有很好的表征。注意,在收集器特性图中。3.14 IC实际上并不对应于零,而IB为零。

对于共基极配置,当输入电流IE恰好接近零时,集电极电流仅等于反向饱和电流ICO,以便曲线IE= 0和电压轴为一,适用于所有实际应用。

收集器特性这种变化的原因可以通过对方程的适当修改来评估。(3.3) 和 (3.6)。如下所述:

应用电路

评估上述讨论的场景,其中IB = 0 A,并通过替换α的典型值(如0.996),我们能够获得如下所示的合集电极电流:

应用电路

如果我们将ICBO视为1 μA,则IB = 0 A时产生的集电极电流将为250(1 μA) = 0.25 mA,如图所示的特性。3.14.

在我们以后的所有讨论中,由条件IB = 0 μA建立的集电极电流将具有由以下公式(3.9)确定的符号。

应用电路

基于上述新建立电流的条件可以在下面的图3.15中使用上述参考方向可视化。

应用电路

为了在共发射极模式下以最小的失真实现放大,截止时间由集电极电流IC = ICEO确定。

这意味着应避免小于IB = 0 μA的面积,以确保放大器输出干净且不失真。

常见发射极电路的工作原理

如果您希望配置像逻辑开关一样工作,例如使用微处理器,配置将显示几个感兴趣的操作点:第一个作为截止点,另一个作为饱和区域。

对于指定的VCE电压,截止时间可以理想地设置为IC = 0 mA。

由于对于所有硅BJT来说,ICEO i通常都很小,因此当IB = 0 μA或IC = I CEO

如果您还记得在公共基本配置中,输入特性集大约通过直线等效值建立,导致结果VBE = 0.7 V,对于大于0 mA的所有IE级别

我们也可以对共发射器配置应用相同的方法,这将产生如图所示的近似等效值。3.16.

应用电路

图3.16 图3.14 图所示二极管特性的分段线性等效物《》。《》b.

结果符合或我们之前的推导,根据该推导,BJT在有源区域或ON状态下的基极发射极电压将为0.7V,无论基极电流如何,这都将是固定的。

求解实际例 3.2

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如何偏置共发射极放大器

应用电路

适当偏置共发射极放大器的建立方式可以与为共基网络实现的方式相同。

假设您有一个npn晶体管,如图所示。3.19a,并希望通过它强制执行正确的偏置,以便在活动区域建立BJT。

为此,您需要首先指示晶体管符号中的箭头标记所证明的IE方向(见图3.19b)。在此之后,您需要严格按照基尔霍夫的当前定律关系建立其他当前方向:IC +
IB = IE。

随后,您必须引入具有正确极性的电源线,以补充 IB 和 IC 的方向,如图所示。3.19c,最后结束程序。

以类似的方式,pnp BJT也可能在其共发射极模式下偏置,为此,您只需反转图的所有极性即可。3.19

典型应用:

低频电压放大器

下面演示了共发射极放大器电路使用的标准图示。

应用电路

交流耦合电路的功能类似于电平转换器放大器。在这种情况下,基极-发射极压降应该在0.7伏左右。

输入电容C去除了输入的任何直流元件,而电阻R1和R2用于偏置晶体管,使其在整个输入范围内处于活动状态。输出是输入交流分量的颠倒复制,该分量已由RC/RE比率升压,并通过由所有4个电阻决定的测量。

由于RC通常非常大,因此该电路的输出阻抗可能非常大。为了尽量减少这种担忧,RC保持尽可能小,放大器配有电压缓冲器,如发射极跟随器。

射频电路

共发射极放大器有时也用于射频电路,例如放大通过天线的微弱信号。在这种情况下,它通常由负载电阻代替,负载电阻包括调谐电路。

这可以通过将带宽限制在整个所需工作频率内结构的某个薄带来实现。

更重要的是,它允许电路在更大的频率下工作,因为调谐电路使其能够谐振任何电极间电容和运行电容,这通常会禁止频率响应。普通发射器也可广泛用作低噪声放大器。

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