公共集电极放大器

我们要研究的下一个晶体管配置对于增益计算要简单一些。称为共集电极配置，其原理图如下图所示。

共集电极放大器具有输入和输出共用的集电极。

之所以称为共集电极配置，是因为（忽略电源电池）信号源和负载共享集电极引线作为公共连接点，如下图所示。

公共收集器：输入应用于基极和收集器。输出来自发射极-集电极电路。<​​/P>

很明显，共集电极放大器电路中的负载电阻接收基极和集电极电流，与发射极串联。由于晶体管的发射极引线是处理最大电流（基极和集电极电流的总和，因为基极和集电极电流总是啮合在一起形成发射极电流）的，假设该放大器具有非常大的电流增益。这个假设确实是正确的：共集电极放大器的电流增益非常大，比任何其他晶体管放大器配置都要大 .然而，这不一定是它与其他放大器设计的区别。

示例 SPICE 模型

让我们立即对该放大器电路进行 SPICE 分析，您将能够立即看到该放大器的独特之处。网表如下图。

SPICE共集电极放大器。

共集电极放大器 葡萄酒 1 0 q1 2 1 3 mod1 v1 2 0 直流 15 加载 3 0 5k .model mod1 npn .dc 输入电压 0 5 0.2 .plot dc v(3,0) 。结尾 

公共集电极：输出等于输入减去 0.7 V V 成为 放下。

与上一节中的共发射极放大器不同，共集电极产生直接输出电压 而不是逆 与上升的输入电压成正比。

随着输入电压的增加，输出电压也会增加。此外，仔细检查发现输出电压几乎相同 相对于输入电压，滞后约 0.7 伏。

这就是共集电极放大器的独特之处：输出电压几乎等于输入电压 .从输出电压变化的角度考察 对于给定的输入电压变化 ，该放大器的电压增益几乎为 1 (1)，即 0 dB。这适用于任何 β 值的晶体管，以及任何阻值的负载电阻。

二极管电流源晶体管模型

很容易理解为什么共集电极放大器的输出电压总是几乎等于输入电压。参考下图二极管电流源晶体管模型，我们看到基极电流必须通过基极-发射极PN结，相当于一个普通的整流二极管。

如果这个结是正向偏置的（晶体管在其有源或饱和模式下传导电流），假设硅结构，它将有大约 0.7 伏的电压降。这个 0.7 伏的下降在很大程度上与基极电流的实际大小无关；因此，我们可以将其视为常数：

发射极跟随器：发射极电压跟随基极电压（减去 0.7 V VBE 压降。）

鉴于基极 - 发射极 PN 结和负载电阻两端的电压极性，我们看到这些必须 加起来等于输入电压，遵循基尔霍夫电压定律。

换句话说，对于晶体管导通的所有条件，负载电压将始终比输入电压低约 0.7 伏。输入电压低于 0.7 伏时发生截止，输入电压超过电池（电源）电压加上 0.7 伏时发生饱和。

由于这种行为，共集电极放大器电路也被称为 电压跟随器 或 发射器跟随器 放大器，因为发射极负载电压非常接近输入。

将共集电极电路应用于交流信号的放大需要与共发射极电路相同的输入“偏置”：必须将直流电压添加到交流输入信号中，以在整个周期内保持晶体管处于活动模式.这样做后，结果就是下图中的同相放大器。

共集电极放大器 vin 1 4 罪 (0 1.5 2000 0 0) 偏置 4 0 直流 2.3 q1 2 1 3 mod1 v1 2 0 直流 15 加载 3 0 5k .model mod1 npn .tran .02m .78m .plot tran v(1,0) v(3,0) 。结尾 

公共集电极（发射极跟随器）放大器。

下图中的 SPICE 仿真结果表明输出跟随输入。输出的峰峰值幅度与输入相同。然而，直流电平向下移动了一个 VBE 二极管压降。

公共集电极（发射极跟随器）：输出 V(3) 跟随输入 V(1) 减去 0.7 V VBE 压降。

这是电路的另一个视图（下图），示波器连接到多个兴趣点。

共集电极同相电压增益非常接近1。

由于这种放大器配置不提供任何电压增益（实际上，实际上它的电压增益略更少 比1），它的唯一放大因素是电流。上一节中检查的共发射极放大器配置的电流增益等于晶体管的 β，即输入电流通过基极，输出（负载）电流通过集电极，β 根据定义是集电极和基极电流之比。然而，在共集电极配置中，负载与发射极串联，因此其电流等于发射极电流。发射极携带集电极电流和 基极电流，这种放大器中的负载具有流经它的所有集电极电流加上 基极的输入电流。这产生了 β 加 1 的电流增益：

再一次，PNP 晶体管在共集电极配置中与 NPN 晶体管一样有效。增益计算都是相同的，放大信号的同相也是如此。唯一的区别是电压极性和电流方向，如下图所示。

共集放大器的PNP版本。

共集电极放大器的一个流行应用是用于稳压直流电源，其中未稳压（变化）的直流电压源被限制在指定电平，以向负载提供稳压（稳定）电压。当然，齐纳二极管已经提供了如下图所示的稳压功能。

稳压二极管稳压器。

然而，当以这种直接方式使用时，可以提供给负载的电流量通常非常有限。从本质上讲，该电路通过将通过串联电阻的电流保持在足够高的水平来调节负载两端的电压，以降低其两端的所有多余电源电压，齐纳二极管根据需要吸收或多或少的电流以保持自身两端的电压稳定。

增加此类稳压器电路的电流处理能力的一种流行方法是使用共集电极晶体管来放大到负载的电流，这样齐纳二极管电路只需处理驱动基极所需的电流量晶体管。

共集电极应用：稳压器。

这种方法只有一个警告：由于晶体管的基极-发射极压降为 0.7 伏，负载电压将比齐纳二极管电压低约 0.7 伏。由于这个 0.7 伏的差异在很宽的负载电流范围内是相当恒定的，因此可以为应用选择额定值高 0.7 伏的齐纳二极管。

有时，单晶体管、共集电极配置的高电流增益不足以满足特定应用的需求。如果是这种情况，多个晶体管可能会以一种称为 达林顿对的流行配置串联在一起 , 只是下图所示的公共收集器概念的扩展。

NPN 达林顿对。

达林顿对基本上将一个晶体管作为另一个晶体管的公共集电极负载，从而乘以它们的电流增益。通过左上晶体管的基极电流通过该晶体管的发射极被放大，该发射极直接连接到右下晶体管的基极，在那里电流再次被放大。整体电流增益如下：

如果整个组件以共集电极方式连接到负载，电压增益仍然几乎等于 1，尽管负载电压将比下图所示的输入电压小整整 1.4 伏。

基于达林顿对的共集电极放大器损失了两个 VBE 二极管压降。

达林顿对可以作为分立单元（同一封装中的两个晶体管）购买，也可以由一对单独的晶体管构成。当然，如果需要比一对电流增益更大的电流增益，可以构建达林顿三重或四重组件。

评论：

• 公共收集器 所谓晶体管放大器，是因为输入和输出电压点彼此共用晶体管的集电极引线，不考虑任何电源。
• 共集电极放大器也称为射极跟随器。
• 共集电极放大器的输出电压将与输入电压同相，使共集电极成为同相 放大电路。
• 共集电极放大器的电流增益等于 β 加 1。电压增益大约等于 1（实际上，只是稍微小一点）。
• 一对达林顿对 是一对相互“捎带”的晶体管，以便一个的发射极以共集电极的形式将电流馈送到另一个的基极。结果是总电流增益等于它们各自的公共集电极电流增益（β 加 1）的乘积（相乘）。

相关工作表：

• A 类 BJT 放大器