公共集電極放大器及分壓器公式增益案例配置方程

通用集電極放大器在其發射極負載上產生輸出電壓，該輸出電壓與輸入信號同相

通用集電極放大器是另一種類型的雙極結晶體管，（BJT）配置，其中輸入信號施加到基極端子，輸出信號取自發射極端子。因此，集電極端子對輸入和輸出電路都是通用的。這種類型的配置稱為通用集電極（CC），因為集電極端子通過電源有效地“接地”或“接地”。

在許多方面，公共集電極配置（CC）是相反的共發射極（CE）配置，因為連接的負載電阻從R C 的集電極端子變為R E 的發射極端子。

通常使用公共集電極或接地集電極配置，其中高阻抗輸入源需要連接到需要高電流增益的低阻抗輸出負載?？紤]下面的公共集電極放大器電路。

使用NPN晶體管的公共集電極放大器

電阻器R 1 和R 2 形成一個簡單的分壓器網絡，用于將NPN晶體管偏置為導通。由于該分壓器輕微加載晶體管，因此可以使用所示的簡單分壓器公式輕松計算基極電壓V B 。

分壓器網絡

晶體管的集電極端子直接連接到V CC 且沒有集電極電阻，（R C = 0）任何集電極電流都會在發射極電阻R E 上產生電壓降。

然而，在集電極放大器電路中，電壓降相同，V E 也代表輸出電壓，V OUT 。

理想情況下，我們希望R E 上的直流電壓降是等于電源電壓的一半，V CC 使晶體管的靜態輸出電壓位于特性曲線的中間位置，從而允許最大的未壓縮輸出信號。因此，R E 的選擇在很大程度上取決于I B 和晶體管電流增益β，β。

當基極 - 發射極pn結正向偏置時，基極電流流過結到發射極，促使晶體管動作，導致更大的集電極電流I C 流動。因此，發射極電流是基極電流和集電極電流的組合，如下：I E = I B + I C 。然而，由于基極電流與集電極電流相比非常小，因此發射極電流近似等于集電極電流。因此，I E ≈I C

與共發射極（CE）放大器配置一樣，輸入信號被施加到晶體管基極端子，并且如前所述，放大器輸出信號來自發射極發射極端。然而，由于在晶體管基極和其發射極端子之間僅存在一個正向偏置的pn結，所以施加到基極的任何輸入信號都直接通過結到發射極。因此，發射器上的輸出信號與基極施加的輸入信號同相。

由于放大器輸出信號來自發射極負載，因此這種類型的晶體管配置也被稱為發射器跟隨器電路作為發射器輸出“跟隨”或跟蹤基本輸入信號的任何電壓變化，除了它保持低于基準電壓約0.7伏（V BE ） 。因此，V IN 和V OUT 同相，在輸入和輸出信號之間產生零相位差。

話雖如此，發射器pn-結有效地充當正向偏置二極管，對于小的AC輸入信號，該發射極二極管結具有下式給出的電阻： r' e = 25mV / I e 其中25mV是室溫下結的熱電壓（25 o C），I e 是發射極電流。因此，隨著發射極電流的增加，發射極電阻會按比例減小。

流經內部基極 - 發射極結電阻的基極電流也流出并通過外部連接的發射極電阻R 電子 。這兩個電阻串聯連接，因此用作產生電壓降的分壓器網絡。由于 r' e 的值非常小，而R E 要大得多，通常在千歐（kΩ）范圍內，因此，放大器輸出電壓小于其輸入電壓。

然而，實際上輸出電壓的幅度（峰峰值）通常在輸入電壓的98％到99％之間。在大多數情況下足夠接近被認為是單位增益。

我們可以通過使用分壓器公式計算公共集電極放大器的電壓增益，V A ，如圖所示假設基準電壓V B 實際上是輸入電壓，V IN 。

共集電極放大器電壓增益

因此，公共集電極放大器不能提供電壓放大，并且用于描述公共集電極放大器電路的另一個表達式是電壓跟隨器電路，原因很明顯。因此，由于輸出信號緊密跟隨輸入并與輸入同相，因此公共集電極電路是非反相單位電壓增益放大器。

公共集電極放大器示例No1

使用NPN雙極晶體管和分壓器偏置網絡構建共集電極放大器。如果R 1 =5k6Ω，則R 2 =6k8Ω，電源電壓為12伏。計算值：V B ，V C 和V E ，發射極電流I E ，內部當使用4k7Ω的負載電阻時，發射極電阻r' e 和放大器電壓增益A V 。同時用負載線繪制最終電路和相應的特性曲線。

1?；鶚O偏置電壓，V B

2。集電極電壓，V C 。由于沒有集電極負載電阻，晶體管集電極端子直接連接到直流電源軌，因此V C = V CC = 12伏。

3。發射極偏置電壓，V E

4。發射器電流，I E

5。交流發射極電阻，r' e

6。電壓增益，A V

具有負載線的公共集電極放大器電路

公共集電極輸入阻抗

雖然公共集電極放大器不是很擅長電壓放大器，因為我們有可見，它的小信號電壓增益近似等于1（A V ?1），然而由于其高輸入（Z IN ）和低輸出（Z OUT ）阻抗，提供輸入信號源與負載阻抗負載之間的隔離。

公共集電極放大器的另一個有用特性是它提供電流增益（A i ），只要它是導電的。也就是說，它可以傳遞從集電極流向發射極的大電流，以響應其基極電流I B 的微小變化。請記住，此DC電流僅看到R E ，因為沒有R C 。那么直流電流就是：V CC / R E ，如果R E 很小，它可能很大。

考慮下面的基本共集電極放大器或射極跟隨器配置。

通用集電極放大器配置

對于電路的交流分析，電容短路且V CC 短路（零阻抗）。因此，等效電路如下所示，偏置電流和電壓如下：

查看基礎的公共收集器配置的輸入阻抗，Z IN 給出為：

但是作為Beta，β通常遠大于1（通常在100）以上，β+ 1 的表達式可以簡化為β，β，因為乘以100幾乎與乘以101相同。因此：

公共集電極放大器基極阻抗

式中：β是晶體管電流增益，R e 是等效的發射極電阻，r' e 是發射極 - 基極二極管的交流電阻。注意，由于R e 的組合值通常遠大于二極管等效電阻，r' e （千歐姆與幾歐姆相比）晶體管基極阻抗可以簡單地給出：β* R e

這里有一點值得注意的是晶體管輸入基極阻抗，Z IN（基極）可以通過并聯連接的發射極支路電阻R E 或負載電阻R L 的值來控制。

雖然上面的等式給出了我們看到晶體管基極的輸入阻抗，但它沒有給出源信號看到整個放大器電路的真實輸入阻抗。為此，我們需要考慮構成分壓器偏置網絡的兩個電阻器。因此：

公共集電極放大器輸入阻抗

Common Collector示例No2

使用上一個如果負載電阻R L 為10kΩ且NPN晶體管電流增益為100，則計算晶體管基極和放大器級的輸入阻抗。

1 。交流發射極電阻，r' e

2。等效負載電阻，R e

3。晶體管基極阻抗，Z BASE

2。放大器輸入阻抗，Z IN（STAGE）

由于晶體管基極阻抗322kΩ遠遠高于放大器輸入阻抗2.8kΩ，因此公共集電極放大器的輸入阻抗由兩個偏置電阻R 1 和R 2 的比率決定。 / p>

公共集電極輸出阻抗

要確定CC放大器輸出阻抗Z OUT 從負載回到放大器發射極端子，我們必須首先去除負載因為我們希望看到驅動負載的放大器的有效電阻。因此，查看放大器輸出的AC等效電路如下：

從上面看，基本電路的輸入阻抗如下： <跨度> - [R <子>乙 = R <子> 1 || - [R <子> 2 。晶體管的電流增益如下：β。因此，輸出方程式如下：

我們可以看到發射極電阻R E 是有效的與晶體管的整個阻抗并行回到其發射極端子并聯。

如果我們使用上面的元件值計算我們的共射極放大器電路的輸出阻抗，它將給出輸出阻抗Z OUT 小于50Ω（49.5Ω），遠小于輸入阻抗較高的Z IN（BASE）。

因此我們可以從那時起， Common Collector Amplifier 配置具有非常高的輸入阻抗和非常低的輸出阻抗，可以驅動低阻抗負載。實際上由于CC放大器具有相對較高的輸入阻抗和極低的輸出阻抗，因此通常用作單位增益緩沖放大器。

確定輸出阻抗Z OUT 我們的示例放大器通過計算大約為50Ω，如果我們現在將10kΩ負載電阻連接回電路，則產生的輸出阻抗將為：

雖然負載電阻為10kΩ，但等效輸出電阻仍低至49.3Ω。這是因為R L 與Z OUT 相比較大，因此對于最大功率傳輸，R L 必須等于Z OUT 。由于公共集電極放大器的電壓增益被認為是單位（1），因此放大器功率增益必須等于其當前增益，如P = V * I。

由于公共集電極電流增益定義為發射極電流與基極電流之比，γ= I E / I B =β+ 1 ，因此遵循放大器電流增益必須近似等于Beta（β），因為β+ 1 實際上與Beta相同。

Common Collector Summary

我們它已經在本教程中看到了Common Collector Amplifier它得名，因為BJT的集電極端子對輸入和輸出電路都是通用的，因為沒有集電極電阻，R C 。

公共集電極放大器的電壓增益近似等于1（A v ?1）及其當前增益A i 大約等于Beta，（A i ?β），這取決于特定tran的值晶體管Beta值可以安靜高。

我們還通過計算看到，輸入阻抗Z IN 為高，而其輸出阻抗為Z OUT 低電平，使其可用于阻抗匹配（或電阻匹配）或作為電壓源和低阻抗負載之間的緩沖電路。

當公共集電極（CC）放大器接收到它時輸入信號到基極，輸出電壓取自發射極負載，輸入和輸出電壓是“同相”（0 o 相位差），因此公共集電極配置按次要名稱發射極跟隨器的輸出電壓（發射極電壓）跟隨輸入基準電壓。