小模电的重难点——共集电极放大器

吴少琴的模电课

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经过清明小长假的休整，我们再次开启模电之旅，这一站来到共集电极放大器~~~
1 k" Z1 {& m1 z8 b9 s" D' D& F

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7 O5 d& L8 `2 f/ x4 d由于它的信号是从发射极输出的，也称为射极输出器，还因为输出电压是与输入电压同相且幅度近似相等，因此也称为电压跟随器，或称射极跟随器
( w! A. B, Q' H* G: E' X6 r' P! B

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这个长相平平的电路，凭借动态输入电阻高和输出电阻低的特点，在多级放大器中常作为输入级和输出级，还常用于连接两电路，起缓冲作用，本事大着哩??
" F1 B! M9 e: \, b! {" }
5 i( v  y3 ~+ J+ y; F而它更是期末考试卷子中的常客，拖拽下面的滚动条看看历年出现的共集电极电路吧????????这里只列了近三年的~~~??????

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重点  电路分析

$ l  e2 {" ~: H7 E9 E& i
% H" [/ U4 G0 G3 c) M随手拿一道考试题作为例子讲解共集放大器的分析过程吧~~~
; {7 h+ g/ c& L( s& `
分析如下电路，已知β=100，VBE=-0.7, rbb'=200Ω，求解静态工作点，以及动态技术指标Av、Ri、Ro

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1 t5 Z$ \# X7 Z/ ]/ g# L4 `
0 Y+ h0 e: g/ {3 ~& ~01
3 U: a, |# N% x, h- U% p6 ?静态分析
& R! C5 O0 \- V- _1 J4 o3 o% t步骤：画出直流通路，列写电路方程，并利用发射结的简化模型|VBE|=0.7（硅管）或|VBE|=0.2（锗管），求出静态工作点
0 o. Z8 }" k9 {- B# D' K将信号源vs短路，电容开路，得到直流通路，注意该电路的晶体管是PNP管，为了使求解出来的电流是正值，电流方向选择实际电流方向
" P" S" T0 d+ W4 {" r& a
: x* e0 p8 A! ]4 n4 q" H( Q

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由输入回路方程：

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3 ~5 L# V; Y5 f  m, v9 q$ I+ p由输出回路方程得：

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02
动态分析
" X& A6 P$ d8 z# i. I1 f2 G8 |步骤：1、将直流电压源接地短路、电容短路，得到交流通路；
2、将BJT小信号模型替换BJT符号，得到小信号等效电路
7 P  t$ D0 D! r: o; p, R& I' ^3、根据静态工作点和BJT参数，计算小信号模型参数rbe
4、根据技术指标定义，求解Av、Ri、Ro
- t  v& T! P1 e??  交流通路（注意为了美观，BJT有翻转）

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$ k2 V* X  U1 r) q/ m4 T; \?? 将BJT小信号模型替换BJT符号，（注意PNP管的电流方向取和NPN管一致，因为动态分析只关注它们方向的关联性）
! d' b; E; J9 t1 m! n

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?? 根据静态工作点求rbe
* s" b' O0 @, t& Y: r$ C. K2 ^

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* R8 P0 X& W1 o, |6 @5 A??求电压增益（注意寻找输入输出电压和ib的关系）
" j/ Q8 N- f; u' G& F9 y

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$ h0 h, e/ w: R/ R?? 求输入电阻（放大器从输入端看进去的等效电阻）
先求下图中绿色框内的等效电阻
1 n0 P6 j& P/ ?' v

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可由前面求输入电压的式子得出：
+ x0 ^$ }0 i# A0 Y7 h, ~

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?? 求输出电阻（输出端的戴维南等效电阻，需要将信号源短路，负载开路）
$ S6 J4 M$ k, \8 P( H0 x放大电路输出电阻求解的方法：

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如上图，在信号源置零(vs=0，但保留Rs)和负载开路的条件下，在放大电路的输出端加一个测试电压源vt，相应地产生一测试 电流it ，于是可得 输出电阻：
% {# R5 f* n9 L' O0 ^6 h8 X

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& O+ d  ?& {# j4 O* D. O. c根据上述的方法，可以将小信号等效电路转换为：
+ S, N$ Q% @1 V

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咱先求绿色框等效电阻Ro'。

, l: B9 W! H0 }. d% S( z

7 X( M. A8 Y# f) _; W/ n: i5 z
; r4 ~% A3 T7 z5 g8 C

% {! s7 ?# {9 F' ?5 }3 ?难点 共集放大器输出电阻的计算

9 C$ W- b( Z# H- t; F# I  _
  G$ c; A4 U' b- ]) R* H6 `在求共集放大器输出电阻时，很多同学都会冒出的疑问
在求共射放大器的输出电阻时，不管是不是带有射极电阻Re，都可以很开心地认为输入电源短路后，输入电流ib就为零，那么受控电流源就可以看成开路。于是很自然地以为输出电阻求解时，受控电流源就是可以开路处理。但事实是共集电极放大器却不适用，为什么呢？
1 g9 P! u! F/ d; O4 f% Z
4 \2 Y; G8 {- T: r举例说明这个问题哦


例：
下图设三极管β=100，rbe=1.67kΩ，Rs=2kΩ，试求输出电阻Ro1和Ro2
% O4 `7 F2 H% h1 b! [! x. |4 Q7 N

分析+求解：
5 a  V7 |' x' B' Q图中vo1是从集电极输出，电路是共发射接法，而vo2是从发射极输出，电路是共集电极接法。注意比较下面的两个等效电路哦????????
求Ro1的等效电路如下：


所以，Ro1=Rc=2kΩ
求Ro2的等效电路如下：
0 d3 Z: k4 v9 @1 G! |5 Z* q2 f1 m
+ J+ U+ n' W$ N此时电路中由于rbe连接在测试电压源上，从而测试电流会流经rbe，使得ib并不等于0，因此受控电流源也就不能看成开路。通过等效电路的定义得到：


' o, y' Z: r& o' J所以，将数据代入得：Ro2≈31Ω
/ z$ Y8 U. X7 k2 B  p* S
比较上面两个等效电路，共射接法时，基极支路跟输出端并没直接连接，而共集电极接法时rbe连接着输出端，因此呈现的结果也就不一样喽~~~



" V. g' c* }9 S9 t5 t& C, g9 @# ]5 Y
好了，该到互动时间了，留个啥题目呢？
: I* c1 U( L1 \9 B& r) k互动时间
( O! P8 X- b9 v' { 上面例题中当输出为vo2时，也就是共集电极接法时，电路中的集电极电阻Rc对共集放大器的动态技术指标(Av、Ri、Ro)有影响吗？
+ T% C8 i% D; u听说小孩子都喜欢做选择题，留言回复有或者没有吧??????
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