射极跟随器电路的工作原理是什么?
射极跟随器也就是共集电极放大电路,是一种广泛应用的电路。其主要作用是将交流电流放大,以提高整个放大电路的带负载能力。
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好的,射极跟随器(又称共集电极放大器)的工作原理可以用以下核心点来理解:
-
电路构成与连接:
- 它使用一个双极性晶体管(BJT),通常是NPN型。
- 输入信号 (Vin) 加在晶体管的 基极(B) 与地(或公共端)之间。
- 输出信号 (Vout) 从晶体管的 发射极(E) 与地之间取出。
- 集电极(C) 直接连接到电源正极 Vcc。
- 发射极通过一个电阻 Re 连接到地。
-
核心工作原理:
- 输出电压“跟随”输入电压: 这是它得名的原因。
- 在正常工作点(处于放大区),发射极电压 (Ve = Vout) 总是比 基极电压 (Vb = Vin) 低大约 0.6V 到 0.7V(对于硅管,这是基极-发射极导通压降 Vbe)。
- 公式表示: Vout = Vin - Vbe
- 因此,当 Vin 升高时,Vout 也会随之升高;当 Vin 降低时,Vout 也随之降低。输出波形与输入波形同相,且幅度非常接近(仅相差一个几乎恒定的 Vbe)。
- 电压增益 ≈ 1: 因为 Vout ≈ Vin - Vbe (Vbe 相对变化量很小),所以射极跟随器的电压增益 Av = dVout / dVin ≈ 1。也就是说,它几乎不能放大电压信号。
- 电流放大: 晶体管的基极电流(Ib)很小,而发射极电流(Ie = Ib + Ic ≈ βIb,β 是电流放大倍数)很大。输出电流 Ie 主要流过发射极电阻 Re 和外接负载。因此,射极跟随器具有很高的电流增益(≈ β)。
- 高输入阻抗:
- 输入信号是加到基极和地之间的。
- 由于基极电流 Ib 非常小(Ib = Ie / (β+1) ≈ Ie / β),要驱动这个很小的电流只需要很小的输入电流。
- 从输入端口看进去,输入阻抗非常高(通常几十千欧到几百千欧,具体取决于 β 和 Re)。这使它对前级电路(信号源)的负载效应很小,非常适合作为缓冲级,从前级提取信号而不影响前级。
- 低输出阻抗:
- 输出信号取自发射极。等效电路的输出电阻非常低(通常几欧姆到几十欧姆,可近似为 1 / (gm * Re) 或 Re || [ (rπ + R_source) / (β+1) ],其中 gm 是跨导)。
- 这使它具有强大的带负载能力,能够驱动低阻抗的负载(如下一级的输入电阻或扬声器等),即使负载变化,输出电压也能保持相对稳定。
- 输出电压“跟随”输入电压: 这是它得名的原因。
总结其工作原理:
射极跟随器的本质是一个 阻抗变换器或缓冲器。它的核心作用是:
- “跟随”输入电压: 输出端(发射极)的电压波形紧紧“跟随”输入端(基极)的电压波形,同相且幅度几乎相等(仅差 Vbe)。
- 放大电流: 能将输入端很小的基极电流,转换成输出端很大的发射极电流。
- 提供高输入阻抗: 对前级电路的负载效应极小,易于从前级获得信号。
- 提供低输出阻抗: 驱动能力强,能稳定地向低阻抗负载提供信号电流。
一句话概括: 射极跟随器主要利用晶体管的电流放大特性,提供电压跟随、电流增益、高输入阻抗和低输出阻抗,起到阻抗匹配和信号隔离的作用,常用于两级放大器之间的缓冲级或末级的功率驱动。
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