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3.6 共基极放大器

共基极(CB)放大器。CB 放大器能够提供高电压增益,但输入电阻较小。

第三种基本的放大器组态为共基极(CB)放大器。CB 放大器能够提供高电压增益,但输入电阻较小。由于这个原因,其应用并不像其他两种那样广泛,但会在某些高频应用和称为差分放大器的电路中使用,该差分放大器将在第6章中讨论。

学完本节后,你应该掌握以下内容:

  • 理解和分析 CB 放大器的工作原理
    • 画出 CB 放大器的交流等效电路
    • 计算 CB 放大器的电压增益、输入电阻和输出电阻

analog3_42a.png $$ a)典型的CB放大器 $$ analog3_42b.png $$ b)交流等效电路 $$ $$ 图3-42 ~~~~CB 放大器及其交流等效电路 $$ 图3-42a为分压式偏置的典型共基极(CB)放大器。由于存在 $C_3$,所以基极为信号地(交流地),输入信号加在发射极。输出通过 $C_2$ 从集电极耦合到负载电阻。图3-42b给出了其交流等效电路。电容和直流电源用短路代替,这使得偏置电阻在等效电路中也被短路。该电路与共发射极电路的基本差别在于信号如何加入放大器中。

3.6.1电压增益

如同 CE 与 CC 放大器,CB 放大器的电压增益也为 $V_{out}/V_{in}$。对于 CB 放大器而言,$V_{out}$ 为集电极交流电压 $V_c$,$V_{in}$ 为发射极交流电压 $V_e$。记住这点,就可以得到电压增益为: $$ V_v=\frac{V_c}{V_e}=\frac{I_c(R_C||R_L)}{I_e(r’_e||R_E)} $$ 集电极交流电流和发射极交流电流几乎相同,因此二者可以互相抵消。因为 $R_E»r’_e$,所以可以将 $r’_e||R_E$ 近似为 $r’_e$。此外,$R_C||R_L$ 表示集电极交流电阻 $R_c$。因此,电压增益仍然是电阻之比。

$$ A_v =\frac{R_C||R_L}{r’_e||R_E} $$ 或者为 $$ A_v\approx \frac{R_c}{r’_e} $$ 该式说明电压增益近似等于集电极交流电阻和发射极内部交流电阻的比值。在本例中,发射极电阻仅由 $r’_e$ 组成。更普通的情况是在发射极电路中增加扩量程电阻,下面将会介绍。

存在扩量程电阻的电压增益 图3-42中的基本 CB 放大器的一个问题是它会使较大的信号产生失真,因为输入端只有一个电阻 $r’_e$ 少它在一定程度上与信号幅度相关。一个较大的信号会引起 $r’e$ 的变化,从而改变增益。图3-43所示为基本放大器的改进,其中给出了针对小信号晶体管的一些典型值。通过增加具有较小值的扩量程电阻 $R{E1}$,并将其与 $r’_e$ 串联来进行改进。如同在CE放大器中,额外增加的固定电阻会产生更高的增益稳定性并增大输入电阻,但是以降低增益为代价。对 CB 放大器来说,它也可以显著改善其线性性质,因为扩量程电阻是与信号幅度无关的定值。

因为扩量程电阻与 $r’_e$ 串联,所以其值与 $r’e$ 相加得到交流发射极电阻的近似值(忽略并联的 $R{E2}$,因为它的值非常大)。CB 放大器的电压增益仍为交流集电极电阻 $R_c$ 除以交流发射极电阻 $R_e$,但现在包含扩量程电阻。

$$ A_v\approx \frac{R_C||R_L}{r’e||R{E1}}\ A_v\approx \frac{R_c}{R_e}~~~~~(3-15) $$ 注意,该增益公式与 CE 放大器的增益公式相同,除了 CB 放大器不会使信号反相,因此增益符号为正。

3.6.2输入电阻

对于没有扩量程电阻的基本放大器(见图3-42),从电源端看过去,$R_E$ 与 $r’_e$ 并联。但是,因为 $r’_e$ 通常要比 $R_E$ 小,所以在求输入电阻时一般可以忽略 $R_E$ 值。因此,在没有扩量程电阻时,CB 的总输人电阻近似为 $r’_e$,。这是 CB 放大器的主要缺点。虽然该输入电阻与 CE 和 CC 放大器相比很小,但在某些高频应用中,这也可以成为其优势。

如同在 CE 放大器中,扩量程电阻增大了输入电阻。当存在扩量程电阻时,输入电阻近似为 $r’e+R_E$。该近似中忽略了电阻 $R{E2}$ 的作用,因为对于输入信号而言,其处于一个值较大的并联通路上。因此有: $$ R_{in(tot)}\approx r’e + R{E1}~~~~~(3-16) $$

3.6.3 输出电阻

CB 放大器的输出电路与 CE 放大器的相同,因此,其输出电阻也一样(见3.4节的讨论)。从输出耦合电容往回看,CB 和 CE 放大器的输出电阻都为集电极电阻 $R_C$。 $$ R_{out}=R_C $$ 3.2节介绍的偏置方法也可以用于 CB 放大器。发射极偏置需要较少的元件但需要双电源。当 CB 放大器采用发射极偏置时,基极可以直接接地而不需要通过电容,而且也没有偏置电阻。

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