公共基放大器

我们需要研究的最终晶体管放大器配置（下图）是共基放大器 .这种配置比其他两种配置更复杂，并且由于其奇怪的操作特性而不太常见。

共基放大器

为什么称为共基放大器？

它被称为common-base 配置因为（除了直流电源），信号源和负载共享晶体管的基极作为公共连接点，如下图所示。

共基放大器：发射极与基极间输入，集电极与基极间输出。

也许这种配置最显着的特点是输入信号源必须承载晶体管的全部发射极电流，如第一幅图中的粗箭头所示。众所周知，发射极电流大于晶体管中的任何其他电流，即基极电流和集电极电流之和。在最后两种放大器配置中，信号源连接到晶体管的基极引线，从而处理最少 目前可能。

共基放大器中的电流衰减

由于输入电流超过电路中的所有其他电流，包括输出电流，该放大器的电流增益小于1 （注意 Rload 是如何连接到集电极的，因此承载的电流略小于信号源）。换句话说，它衰减 当前而不是放大 它。对于共发射极和共集电极放大器配置，与增益最密切相关的晶体管参数是 β。在共基极电路中，我们遵循另一个基本晶体管参数：集电极电流和发射极电流之间的比率，它总是小于 1 的分数。任何晶体管的这个分数称为 alpha 比率，或α比率。

提高共基放大器中的信号电压

由于它显然不能提升信号电流，因此期望它提升信号电压似乎是合理的。下图中电路的 SPICE 仿真将证明该假设是正确的。

DC SPICE分析的共基极电路。<​​/P>

共基放大器 vin 0 1 r1 1 2 100 q1 4 0 2 mod1 v1 3 0 dc 15 rload 3 4 5k .model mod1 npn .dc vin 0.6 1.2 .02 .plot dc v(3,4) .end 

共基放大器直流传递函数 n.

请注意，在上图中，输出电压从几乎为零（截止）到 15.75 伏（饱和），输入电压在 0.6 伏到 1.2 伏的范围内扫描。输出电压图直到输入端约 0.7 伏才显示上升，并在输入端约 1.12 伏时切断（变平）。这代表了相当大的电压增益，输出电压跨度为 15.75 伏，输入电压跨度仅为 0.42 伏：增益比为 37.5，即 31.48 dB。另请注意，由于输入电压源的串联辅助效应，输出电压（通过 Rload 测量）如何在饱和状态下超过电源（15 伏）。

使用交流信号源（和直流偏置电压）进行的第二组 SPICE 分析讲述了相同的故事：高电压增益

示例电路

用于 SPICE 交流分析的共基极电路。<​​/P>

如您所见，下图中的输入和输出波形彼此同相。这告诉我们共基放大器是同相的。

共基放大器 vin 5 2 sin (0 0.12 2000 0 0) vbias 0 1 dc 0.95 r1 2 1 100 q1 4 0 5 mod1 v1 3 0 dc 15 rload 3 4 5k .model mod10.702 m .plot tran v(5,2) v(4) .end 

下表中的 AC SPICE 分析在 2 kHz 的单频率下提供了用于增益计算的输入和输出电压。

2 kHz 下的公共基交流分析 - 网表后跟输出。

 共基放大器 vin 5 2 ac 0.1 sin vbias 0 1 dc 0.95 r1 2 1 100 q1 4 0 5 mod1 v1 3 0 dc 15 rload 3 4 5k .model mod1 npn .ac dec 1 2000vm.2 (5,2) vm(4,3) .end 频率 mag(v(5,2)) mag(v(4,3))—————————————————— ————0.000000e+00 1.000000e-01 4.273864e+00

第二次分析（上表）的电压数据显示电压增益为 42.74 (4.274 V / 0.1 V)，即 32.617 dB：

这是下图中电路的另一个视图，总结了刚刚模拟的电路中各种信号的相位关系和直流偏移。

NPN共基极放大器的相位关系和偏移。

. . .对于 PNP 晶体管：如下图。

PNP共基极放大器的相位关系和偏移。

预测电压增益

预测共基极放大器配置的电压增益非常困难，并且涉及难以直接测量的晶体管行为的近似值。与其他放大器配置不同，在其他放大器配置中，电压增益要么由两个电阻器（共发射极）的比率设置，要么固定在一个不变的值（共集电极），共基极放大器的电压增益在很大程度上取决于输入信号的直流偏置。事实证明，发射极和基极之间的晶体管内部电阻在决定电压增益方面起主要作用，并且该电阻随着通过发射极的电流水平的不同而变化。

虽然这种现象难以解释，但通过使用计算机模拟很容易证明。共基放大器电路的 SPICE 仿真（上图），稍微改变直流偏置电压（下图中的 vbias），同时保持交流信号幅度和所有其他电路参数不变。随着电压增益从一种模拟到另一种模拟的变化，会注意到不同的输出电压幅度。

虽然这些分析都将在“传递函数”模式下进行，但每个分析都首先在瞬态分析模式下“证明”（随时间绘制的电压），以确保整个波被忠实再现，而不是由于不当偏见。见下图中“*.tran 0.02m 0.78m”，“注释掉”的瞬态分析语句。增益计算不能基于失真的波形。 SPICE 可以使用“.tf v(4) vin”语句为我们计算小信号直流增益。输出为 v(4) 输入为 vin .

共基放大器 vbias=0.85V vin 5 2 sin (0 0.12 2000 0 0) vbias 0 1 dc 0.85 r1 2 1 100 q1 4 0 5 mod1 v1 3 0 dc *model 15 rload 3 4 mod15k .tran 0.02m 0.78m .tf v(4) vin .end 

 共基放大器电流增益 Iin 55 5 0A vin 55 2 sin (0 0.12 2000 0 0) vbias 0 1 dc 0.8753 r1 2 1 100 q1 4 0 5 mod1 v1 3 0 dc 15 mod 1kload npn *.tran 0.02m 0.78m .tf I(v1) Iin .end 传递函数信息：传递函数 =9.900990e-01 iin 输入阻抗 =9.900923e+11 v1 输出阻抗 =1.000000e+20

SPICE 网表：各种直流偏置电压的共基、传递函数（电压增益）。 SPICE网表：共基放大器电流增益；注意 .tf v(4) vin 语句。直流电流增益 I(vin)/Iin 的传递函数；注意 .tf I(vin) Iin 语句。

在命令行中，spice -b filename.cir 由于 .tf 产生打印输出 语句：transfer_function、output_impedance 和 input_impedance。缩写输出列表来自使用 vbias 的运行 0.85, 0.90, 0.95, 1.00 V 如下表所示。

SPICE 输出：公共基传递函数。

 电路：共基放大器 vbias=0.85V transfer_function =3.756565e+01 output_impedance_at_v(4) =5.000000e+03 vin#input_impedance =1.317825e+02 电路：共基放大器 vbias=0.传递函数信息：transfer_function =3.942567e+01 output_impedance_at_v(4) =5.000000e+03 vin#input_impedance =1.255653e+02 电路：common-base amp vbias=0.9V transfer_function =4.070150e_05eance_function =4.070000e+03 vin#input_impedance =1.255653e+02 +03 vin#input_impedance =1.213493e+02 电路：common-base amp vbias=0.95V transfer_function =4.273864e+01 output_impedance_at_v(4) =5.000000e+03 vin#input_impedance =182000e+03 vin#input_impedance =182bias-1.1.11.1。 =1.00V transfer_function =4.401137e+01 output_impedance_at_v(4) =5.000000e+03 vin#input_impedance =1.124822e+02

上表中应该有明显的趋势。随着直流偏置电压的增加，电压增益（传递函数）也会增加。我们可以看到电压增益正在增加，因为每个后续模拟（vbias=0.85、0.8753、0.90、0.95、1.00 V）分别产生更大的增益（transfer_function=37.6、39.4 40.8、42.7、44.0）。这些变化主要是由于偏置电压的微小变化。

上表（右）的最后三行显示了 I(v1)/Iin 当前增益为 0.99。 （最后两行看起来无效。）这对于 β=100 是有意义的； α=β/(β+1)，α=0.99=100/(100-1)。低电流增益（始终小于 1）和有些不可预测的电压增益的组合与共基设计相悖，将其降级为一些实际应用。

这少数应用包括射频放大器。接地的基极有助于将发射极输入与集电极输出屏蔽，防止射频放大器不稳定。共基极配置可用于比共发射极或共集电极更高的频率。参见“C类共基750 mW射频功率放大器”第9章。更详细的电路参见“A类共基小信号高增益放大器”第9章。

评论：

• 公共基础 所谓晶体管放大器，是因为输入和输出电压点共用晶体管的基极引线，不考虑任何电源。
• 共基极放大器的电流增益总是小于 1。电压增益是输入和输出电阻的函数，也是发射极-基极结的内阻的函数，它会随着电压的变化而变化直流偏置电压。可以说共基放大器的电压增益可以非常高。
• 晶体管的集电极电流与发射极电流之比称为 α。任何晶体管的 α 值总是小于 1，换句话说，小于 1。

相关工作表：

• A 类 BJT 放大器工作表