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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% n: \- R" k- X/ p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~~~

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& D) l* y; y- c+ q1 q# A, h$ u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

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+ f9 ^/ |9 s7 H  |+ ~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??

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~~~??????
. O" ]/ C) {3 m3 J+ l9 g

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2 M5 H* y9 S% }6 h7 N3 @* M

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; p5 d7 `( a" r) \( J8 e- M) K

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5 {; x* ~* j! m( o* a2 E
1 C$ I% l/ N+ o% }/ d/ a9 t) z
6 J4 D. i! K; @! i重点  电路分析

: v1 z( J7 j7 L+ Y) ^4 h. \6 c$ n
( J+ r3 d. H7 X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~~~
! K- }0 U5 s' A9 i" H: H
: D4 V- i' Q. a- \/ t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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01
/ \9 Z* y) \; n9 v* A静态分析
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
# x: A! ?+ G; _: ?+ {4 V& W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
; _6 J; X) x, n+ O. T) q- L
, J2 I: R3 C# l* y

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( R( U* A& o- h. e0 [! F由输入回路方程：
' g+ X- g* A- y9 l6 d- i. e

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5 T, T, Z( X; ?由输出回路方程得：

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02
0 Z5 q! S( n# p动态分析
0 w/ D! _9 ~: K0 M4 J( K$ f, x% _, ~步骤：1、将直流电压源接地短路、电容短路，得到交流通路；
6 d- f7 q# H  _# a( p2、将BJT小信号模型替换BJT符号，得到小信号等效电路
+ C( P2 f1 |' r2 J# Z  r6 n- x; K  a3、根据静态工作点和BJT参数，计算小信号模型参数rbe
0 F6 V6 |! s( E' O4、根据技术指标定义，求解Av、Ri、Ro
??  交流通路（注意为了美观，BJT有翻转）

5 B4 y8 p: D5 z( W$ t- w, i# O

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?? 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）

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' t2 C* L, Z2 J4 A0 c: C. @: Y?? 根据静态工作点求rbe

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& R$ u. M4 @) U" L- t4 `??求电压增益（注意寻找输入输出电压和ib的关系）

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?? 求输入电阻（放大器从输入端看进去的等效电阻）
2 H" ?* j: `/ X8 q  {' a3 \! y先求下图中绿色框内的等效电阻
* p7 e* o6 K6 S  K& d3 C. S7 T( R3 {

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可由前面求输入电压的式子得出：
& I$ I( G: c5 U. _3 u! T' L1 W

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+ Z, x. W% H3 @- j8 D?? 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）
2 k. ?: _$ \: ~2 o1 l放大电路输出电阻求解的方法：
* q3 T8 Z) n* ~* n) b* n

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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：
4 D+ y- i' T- m0 K

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根据上述的方法，可以将小信号等效电路转换为：

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2 r' G, @' H/ w6 f咱先求绿色框等效电阻Ro'。
( _8 K! x2 u5 X+ ~/ s% h, [3 w' e
  H+ F* D- B, i. ]


( [# g5 L5 a' S" ?9 |

难点 共集放大器输出电阻的计算


- F  d( m9 R  I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？
0 G. v, Y  D' Y2 X' J0 z, B3 A
举例说明这个问题哦
! `2 s$ b4 K0 P" D

例：
9 O2 |: D8 u, [下图设三极管β=100，rbe=1.67kΩ，Rs=2kΩ，试求输出电阻Ro1和Ro2
1 q$ c6 k( t& U" h7 v2 b5 v7 ~
; n6 Z- `8 t  H$ u
分析+求解：
: X4 {9 C' r( N4 m2 A6 g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：
# M, W+ t) Y4 L8 {8 L) T0 Z" q) {
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：
; K$ c8 f/ o/ A2 ~$ `

所以，将数据代入得：Ro2≈31Ω
' j) {* z. ?! _
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~~~
" z( @/ D6 T, p0 t

& J- p, ^9 i6 s& }) C

, `/ Y( D% [& {# e, e+ _好了，该到互动时间了，留个啥题目呢？
  F8 o# \8 K3 f6 r+ X2 B0 b; b- j) ~互动时间
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？
; b, N/ q) r( g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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