2.5 晶体管单管放大电路的三种基本组态

从共射放大电路的分析中可知，当晶体管在输入信号整个周期内均工作在放大状态时，不但使输出电压与输入电压保持线性关系，而且通过 $i_B$ 对 $i_C$ 的控制作用，实现了能量的转换，使负载电阻从直流电源 $V_{CC}$ 中获得比信号源提供的大得多的输出信号功率。共射放大电路的输出电流是 $i_C$ ，输入电流是 $i_B$ ，故也实现了电流放大，即共射放大电路同时实现了电流放大和电压放大。实际上，一个放大电路仅能放大电流或仅能放大电压，都能实现功率的放大。共集放大电路以集电极为公共端，通过 $i_B$ 对 $i_E$ 的控制作用实现功率放大；而共基放大电路以基极为公共端，通过 $i_E$ 对 $i_C$ 的控制作用实现功率放大。共射、共集、共基是单管放大电路的三种基本组态。

对于共射组态前面已作了比较详尽的分析，所以本节将首先介绍共集和共基接法的放大电路，然后对三种组态的特点和应用进行比较和分析。

2.5.1 共集放大电路

图 2.5.1() 是一个共集组态的单管放大电路，图 2.5.1() 是一个共集组态的单管放大电路，图 2.5.1( 点稳定电路相同，故不再进行直流分析。图 2.5.1() 是其直流通路，也是分压式电流负反馈结构，与共射组态典型的 $Q$ 点稳定电路相同，故不再进行直流分析。图 2.5.1($c$) 是其交流通路，图中 $R_B=R_{B1}\parallel R_{B2}$，输入信号与输出信号的公共端是集电极，所以是共集组态，又由于输出信号从射极引出，也称为射极输出器。

由此可知，直流通路即偏置电路与组态无关，由交流通路决定放大电路的组态。一般也可从电路图直接判断组态:待放大交流信号从晶体管的一个极输入，输出信号从晶体管的另一个极输出，晶体管剩下的那个极就决定了电路的组态。所以也可由图 2.5.1($a$)直接判断组态:信号从基极输入，从射极输出，故为共集组态。

($a$)

($b$)

($c$)

图 2.5.1 共集放大电路及其直流、交流通路

一、共集放大电路的动态指标

由共集放大电路的交流通路得到其交流等效电路图如图 2.5.2所示。设 $R_L^{\prime }=R_E\parallel R_L$ ，一般晶体管的输出电阻 $r_{ce}\gg R_L^{\prime }$ ，图中忽略了 $r_{ce}$ 。

1. 电压增益与电流增益

由图 2.5.2可得

r l dot V _ o & = dot I _ e R _ L ^ prime = (dot I _ b + β dot I _ b) R _ L ^ prime & dot V _ i = r _ be dot I _ b + dot V _ o$$\begin{array}{rl}{\dot{V}}_{\mathrm{o}}& ={\dot{I}}_{\mathrm{e}}{R}_{\mathrm{L}}^{\prime }=({\dot{I}}_{\mathrm{b}}+\beta {\dot{I}}_{\mathrm{b}})R_{\mathrm{L}}^{\prime }\\ & {\dot{V}}_{\mathrm{i}}=r_{\mathrm{be}}{\dot{I}}_{\mathrm{b}}+{\dot{V}}_{\mathrm{o}}\end{array}$$

则

dot A _ v = frac dot V _ odot V _ i = frac (1 + β) R _ L ^ primer _ be + (1 + β) R _ L ^ prime (2.5.1)$${\dot{A}}_v=\frac{{\dot{V}}_{\mathrm{o}}}{{\dot{V}}_{\mathrm{i}}}=\frac{(1+\beta )R_{\mathrm{L}}^{\prime }}{r_{\mathrm{be}}+(1+\beta )R_{\mathrm{L}}^{\prime }}\text{\hspace{1em}(2.5.1)}$$

可知 ${\dot{A}}_v$ 为正值，即 ${\dot{V}}_o$ 与 ${\dot{V}}_i$ 同相；一般 $(1+\beta )R_L^{\prime }\gg r_{be}$ ，所以 $|{\dot{A}}_v|⩽1,{\dot{V}}_o\approx {\dot{V}}_i$ ，故共集放大电路又称为射极跟随器；虽然电压没有得到放大，但是输出电流 $i_E$ 远大于输入电流 $i_B$ ，电流增益较高，所以电路仍有功率放大作用。

图 2.5.2 共集放大电路的交流等效电路

2. 输入电阻

由图 2.5.2可得

R _ i ^ prime = frac dot V _ idot I _ b = frac r _ be dot I _ b + (dot I _ b + β dot I _ b) R _ L ^ primedot I _ b = r _ be + (1 + β) R _ L ^ prime$$R_{\mathrm{i}}^{\prime }=\frac{{\dot{V}}_{\mathrm{i}}}{{\dot{I}}_{\mathrm{b}}}=\frac{r_{\mathrm{be}}{\dot{I}}_{\mathrm{b}}+({\dot{I}}_{\mathrm{b}}+\beta {\dot{I}}_{\mathrm{b}})R_{\mathrm{L}}^{\prime }}{{\dot{I}}_{\mathrm{b}}}=r_{\mathrm{be}}+(1+\beta )R_{\mathrm{L}}^{\prime }$$

则

R _ i = frac dot V _ idot I _ i = R _ B / / R _ i ^ prime = R _ B / / [ r _ be + (1 + β) R _ L ^ prime ] (2.5.2)$$R_{\mathrm{i}}=\frac{{\dot{V}}_{\mathrm{i}}}{{\dot{I}}_{\mathrm{i}}}=R_{\mathrm{B}}//R_{\mathrm{i}}^{\prime }=R_{\mathrm{B}}//[r_{\mathrm{be}}+(1+\beta )R_{\mathrm{L}}^{\prime }]\text{\hspace{1em}(2.5.2)}$$

可见射极回路电阻 $R_L^{\prime }$ 折合到基极回路时，将增大 $(1+\beta )$ 倍，这是因为射极电流 ${\dot{I}}_e$ 是基极电流 ${\dot{I}}_b$ 的 $(1+\beta )$ 倍，因此其输入电阻比共射放大电路高得多，一般可达几十千欧，甚至几百千欧。

3. 输出电阻

求输出电阻的等效电路如图 2.5.3 所示，设 $R_s^{\prime }=R_s\parallel R_B$ 。

由图 2.5.3可得

则

r l & R _ o ^ prime = frac dot Vdot I ^ prime = frac - dot I _ b (R _ s ^ prime + r _ be)- (dot I _ b + β dot I _ b) = frac R _ s ^ prime + r _ be1 + β & R _ o = R _ E / / R _ o ^ prime = R _ E / / (frac R _ s ^ prime + r _ be1 + β) (2.5.3)$$\begin{array}{rl}& R_{\mathrm{o}}^{\prime }=\frac{\dot{V}}{{\dot{I}}^{\prime }}=\frac{-{\dot{I}}_{\mathrm{b}}(R_{\mathrm{s}}^{\prime }+r_{\mathrm{be}})}{-({\dot{I}}_{\mathrm{b}}+\beta {\dot{I}}_{\mathrm{b}})}=\frac{R_{\mathrm{s}}^{\prime }+r_{\mathrm{be}}}{1+\beta }\\ & R_{\mathrm{o}}=R_{\mathrm{E}}//R_{\mathrm{o}}^{\prime }=R_{\mathrm{E}}//\left(\frac{R_{\mathrm{s}}^{\prime }+r_{\mathrm{be}}}{1+\beta }\right)\end{array}\text{\hspace{1em}(2.5.3)}$$

可见基极回路电阻 $(R_{\mathrm{s}}^{\prime }+r_{\mathrm{be}})$ 折合到射极回路时，将减小到原来的 $1/(1+\beta )$ ，因此其输出电阻 $R_0$ 很小，一般为几十至几百欧，所以具有很强的带负载能力。

图 2.5.3 求输出电阻的等效电路

二、共集放大电路的特点及主要应用

由此可见，共集电路电压放大倍数小于1，但接近于1，且输出电压和输入电压同相；输入电阻大，输出电阻小，电流驱动能力强。因此共集放大电路是应用十分广泛的单元电路。

因为共集放大电路输入电阻大、输出电阻小、电流驱动能力强，因而从信号源索取的电流小而带负载能力强，所以常用于多级放大电路的输入级和输出级；也可用它连接两电路，减小电路间直接相连所带来的影响，起缓冲作用，称为缓冲级或隔离级。

这是因为为了获得较高的电压增益，一般要将多个单级放大电路级联起来实现逐级放大。在放大电路级联时，后一级的输入阻抗是前一级的负载，而前一级的输出是后一级的信号源，往往因下一级输入阻抗低导致前级增益下降。在两级间加一级共集放大电路，则由于它的输入阻抗高，可减弱对前级增益的影响;其输出阻抗低，有利于对下一级的激励;共集放大电路本身的电压增益接近于1,不影响整个电路的增益，所以常用共集放大电路作缓冲级。

以上对共集放大电路的特点和主要应用进行了讨论。

例 2.5.1

在图 2.5.1($a$) 所示电路中，已知 $V_{CC}=12V,R_{B1}=100k\Omega ,R_{B2}=27k\Omega ,R_E=1k\Omega ,R_L=1k\Omega ,R_s=200\Omega$，晶体管的 $\beta =200,V_{BEQ}=0.7V,r_{be}=3.2k\Omega$，求 ${\dot{A}}_v,R_i$ 和 $R_o$ 。

解

已知 $R_B=R_{B1}\parallel R_{B2}=21.26k\Omega ,R_s^{\prime }=R_s\parallel R_B=0.198k\Omega ,R_L^{\prime }=R_E\parallel R_L=0.5k\Omega$ ，代入式(2.5.1)～式(2.5.3)，可得

r l dot A _ v & = frac dot V _ odot V _ i = frac (1 + β) R _ L ^ primer _ be + (1 + β) R _ L ^ prime = frac (1 + 2 0 0) × 0 . 53 . 2 + (1 + 2 0 0) × 0 . 5 = 0. 9 7 & R _ i = frac dot V _ idot I _ i = R _ B / / [ r _ be + (1 + β) R _ L ^ prime ] = 1 7. 6 4 k Ω & R _ o = R _ E / / (frac R _ s ^ prime + r _ be1 + β) = 0. 0 1 6 6 k Ω = 1 6. 6 Ω$$\begin{array}{rl}{\dot{A}}_v& =\frac{{\dot{V}}_{\mathrm{o}}}{{\dot{V}}_{\mathrm{i}}}=\frac{(1+\beta )R_{\mathrm{L}}^{\prime }}{r_{\mathrm{be}}+(1+\beta )R_{\mathrm{L}}^{\prime }}=\frac{(1+200)\times 0.5}{3.2+(1+200)\times 0.5}=0.97\\ & R_{\mathrm{i}}=\frac{{\dot{V}}_{\mathrm{i}}}{{\dot{I}}_{\mathrm{i}}}=R_{\mathrm{B}}//[r_{\mathrm{be}}+(1+\beta )R_{\mathrm{L}}^{\prime }]=17.64\mathrm{k}\Omega \\ & R_{\mathrm{o}}=R_{\mathrm{E}}//(\frac{R_{\mathrm{s}}^{\prime }+r_{\mathrm{be}}}{1+\beta })=0.0166\mathrm{k}\Omega =16.6\Omega \end{array}$$

2.5.2 共基放大电路

图 2.5.4() 所示为一个共基组态的单管放大电路，图 2.5.4() 所示为一个共基组态的单管放大电路，图 2.5.4($b$) 是其直流通路，同样也是分压式电流负反馈结构，与共射组态典型的 $Q$ 点稳定电路完全相同，故也不再进行直流分析。可见共射、共集、共基三种组态的直流通路都一样，即偏置电路与组态无关。图

2.5.4($c$)是其交流通路，输入信号与输出信号的公共端是基极，所以是共基组态。也可由图 2.5.4($a$)直接判断组态:信号从射极输入，从集电极输出，故为共基组态。

($b$)

($a$)

图 2.5.4 共基放大电路及直流、交流通路

一、共基放大电路的动态指标

由共基放大电路的交流通路得到其交流等效电路图如图 2.5.5所示。设 $R_L^{\prime }=R_C\parallel R_L$ ，一般晶体管的输出电阻 $r_{ce}\gg R_L^{\prime }$ ，图中忽略了 $r_{ce}$ 。

1. 电压增益与电流增益

由图 2.5.5可得

则

r l & dot V _ o = - β dot I _ b R _ L ^ prime & dot V _ i = - dot I _ b (r _ mathrm bb^ prime + r _ mathrm b^ prime e) = - dot I _ b r _ be & dot A _ v = frac dot V _ odot V _ i = frac - β dot I _ b R _ L ^ prime- dot I _ b r _ be = frac β R _ L ^ primer _ be (2.5.4)$$\begin{array}{rl}& {\dot{V}}_{\mathrm{o}}=-\beta {\dot{I}}_{\mathrm{b}}{R}_{\mathrm{L}}^{\prime }\\ & {\dot{V}}_{\mathrm{i}}=-{\dot{I}}_{\mathrm{b}}(r_{\mathrm{b}{\mathrm{b}}^{\prime }}+r_{{\mathrm{b}}^{\prime }\mathrm{e}})=-{\dot{I}}_{\mathrm{b}}{r}_{\mathrm{be}}\\ & {\dot{A}}_v=\frac{{\dot{V}}_{\mathrm{o}}}{{\dot{V}}_{\mathrm{i}}}=\frac{-\beta {\dot{I}}_{\mathrm{b}}{R}_{\mathrm{L}}^{\prime }}{-{\dot{I}}_{\mathrm{b}}{r}_{\mathrm{be}}}=\frac{\beta R_{\mathrm{L}}^{\prime }}{r_{\mathrm{be}}}\end{array}\text{\hspace{1em}(2.5.4)}$$

可见共基放大电路的 ${\dot{V}}_o$ 与 ${\dot{V}}_i$ 是同相的，增益的值与共射放大电路相同。

由于共基电路的输入电流为 $i_E$ ，而输出电流为 $i_C$ ，所以无电流放大能力，但有足够的电压放大能力，从而实现功率放大。

图 2.5.5 共基放大电路的交流等效电路

2. 输入电阻

由图 2.5.5可得

R _ i ^ prime = frac dot V _ i- dot I _ e = frac - dot I _ b r _ be- (1 + β) dot I _ b = frac r _ be1 + β$$R_{\mathrm{i}}^{\prime }=\frac{{\dot{V}}_{\mathrm{i}}}{-{\dot{I}}_{\mathrm{e}}}=\frac{-{\dot{I}}_{\mathrm{b}}{r}_{\mathrm{be}}}{-(1+\beta ){\dot{I}}_{\mathrm{b}}}=\frac{r_{\mathrm{be}}}{1+\beta }$$

则

R _ i = frac dot V _ idot I _ i = R _ E / / R _ i ^ prime = R _ E / / (frac r _ be1 + β) (2.5.5)$$R_{\mathrm{i}}=\frac{{\dot{V}}_{\mathrm{i}}}{{\dot{I}}_{\mathrm{i}}}=R_{\mathrm{E}}//R_{\mathrm{i}}^{\prime }=R_{\mathrm{E}}//\left(\frac{r_{\mathrm{be}}}{1+\beta }\right)\text{\hspace{1em}(2.5.5)}$$

由于基极回路电阻 $r_{be}$ 折合到射极回路时，应减小到原来的 $1/(1+\beta )$ ，故共基放大电路的输入电阻比共射放大电路小得多。

3. 输出电阻

如暂不考虑电阻 $R_C$ 的作用，则 $R_o=r_{cb}$ ，晶体管的 $r_{cb}$ 比其 $r_{ce}$ 大得多，如果考虑集电极电阻 $R_C$ ，则

R _ o = r _ cb / / R _ C ≈ R _ C (2.5.6)$$R_{\mathrm{o}}=r_{\mathrm{cb}}//R_{\mathrm{C}}\approx R_{\mathrm{C}}\text{\hspace{1em}(2.5.6)}$$

故共基放大电路的输出电阻与共射放大电路相同。

二、共基放大电路的特点及主要应用

综上所述，共基放大电路的输出电压与输入电压同相，电压增益数值与共射放大电路相同；输入电阻较共射放大电路小；输出电阻与共射放大电路相同，均为 $R_c$ 。共基放大电路的最大优点是频带宽，因而适用于宽频带放大。

例 2.5.2

在图 2.5.4($a$) 所示电路中，已知 $V_{CC}=12V,R_{B1}=10k\Omega ,R_{B2}=3k\Omega ,R_E=2k\Omega ,R_C=5.1k\Omega ,R_L=5.1k\Omega$，晶体管的 $\beta =50,V_{BEQ}=0.7V,r_{be}=1.6k\Omega$，求 ${\dot{A}}_v,R_i$ 和 $R_o$ 。

解

已知 $R_L^{\prime }=R_C\parallel R_L=2.55k\Omega$ ，代入式(2.5.4)～式(2.5.6)，可得

dot A _ v = frac dot V _ odot V _ i = frac β R _ L ^ primer _ be = frac 5 0 × 2 . 5 51 . 6 = 7 9. 7$${\dot{A}}_v=\frac{{\dot{V}}_{\mathrm{o}}}{{\dot{V}}_{\mathrm{i}}}=\frac{\beta R_{\mathrm{L}}^{\prime }}{r_{\mathrm{be}}}=\frac{50\times 2.55}{1.6}=79.7$$R _ i = frac dot V _ idot I _ i = R _ E / / (frac r _ be1 + β) = 0. 0 3 k Ω = 3 0 Ω$$R_{\mathrm{i}}=\frac{{\dot{V}}_{\mathrm{i}}}{{\dot{I}}_{\mathrm{i}}}=R_{\mathrm{E}}//\left(\frac{r_{\mathrm{be}}}{1+\beta }\right)=0.03\mathrm{k}\Omega =30\Omega$$R _ o ≈ R _ c = 5. 1 k Ω$$R_{\mathrm{o}}\approx R_{\mathrm{c}}=5.1\mathrm{k}\Omega$$

2.5.3 晶体管单管放大电路三种组态的比较

综上所述，晶体管单管放大电路三种基本组态的特点归纳如下。

（1）共射电路既能放大电流又能放大电压，输入电阻在三种电路中居中，输出电阻大，频带窄，常作为低频电压放大电路的单元电路。

（2）共集电路只能放大电流不能放大电压，是三种接法中输入电阻最大、输出电阻最小的电路，并具有电压跟随的特点。常用于多级放大电路的输入级、输出级和缓冲级，在功率放大电路中也常采用射极输出形式。

（3）共基电路只能放大电压不能放大电流，输入电阻小，电压增益和输出电阻与共射电路相同，频率特性是三种接法中最好的电路，常用于宽频带放大电路。

所以共射、共集、共基三种放大电路均能实现功率放大，但各有不同特点。共射放大电路的电压、电流和功率增益都比较大，并且可以组成多级放大电路，获得很大的倍数，因此其应用最为广泛。但在高频情况，共基放大电路就比较合适。共集电路的独特优点是输入电阻很大，输出电阻很小，高频特性也比较好。这三种放大电路的基本特性见表2.5.1。

表 2.5.1 三种放大电路的基本特性

类别	共射	共集	共基
输入与输出的相位	反相	同相	同相
${\dot{A}}_v$ 、 ${\dot{A}}_i$	电压、电流都放大	只放大电流	只放大电压
特点	$|{\dot{A}}_v|$ 大，$R_i$ 、 $R_o$ 适中	$|{\dot{A}}_v|⩽1$ , $R_i$ 大 $R_o$ 小	$|{\dot{A}}_v|$ 、 $R_o$ 同共射，$R_i$ 小
高频特性	不好	好	好
主要用途	功率增益最大应用最广泛	输入级、输出级和缓冲级	用于高频电路