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~~~

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* S+ w, V( P$ l- B" m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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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??
9 n) i2 ~6 F! g6 L! f" f8 X- G4 a
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
' `9 q! l+ ~( j$ A& W7 u

. J7 D) n4 }9 h$ d4 u: k8 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~~~

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
: S3 F1 B8 \2 ?& ]+ M

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01
* J9 A/ U6 @1 s7 s- H: q3 A. ?& G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
9 X% ^# O4 }$ a$ h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

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: K8 h9 L7 B3 h5 B4 S! |由输入回路方程：

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+ ^5 m' [6 T# w  {由输出回路方程得：
4 U4 H  K+ S, ?+ J  i, n

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0 @( w# o+ G6 o; G! ~02
动态分析
% D) _- t8 Y2 d- R8 J) Q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
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
??  交流通路（注意为了美观，BJT有翻转）

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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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?? 根据静态工作点求rbe

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??求电压增益（注意寻找输入输出电压和ib的关系）
2 }8 t" H# [# u8 Y

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?? 求输入电阻（放大器从输入端看进去的等效电阻）
, P; v) I0 X: G' X先求下图中绿色框内的等效电阻

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可由前面求输入电压的式子得出：
/ n0 @2 d+ G, v9 }( n* s1 [6 c/ V0 N

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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）
2 T. C  S# h6 O- u( A' r% [/ l" U放大电路输出电阻求解的方法：

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& v, p$ y6 F2 X. v& E6 B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：
8 ?+ F7 q7 [6 u& }* n# q: e! j

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9 E% g2 ?* c: a* p, Y根据上述的方法，可以将小信号等效电路转换为：

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# q1 i0 g' P: a: m! i$ }4 d咱先求绿色框等效电阻Ro'。
0 z: z! z  G& ]. h; f
3 P* {0 D6 W  Y! M- N! j


2 @/ ~: B) }+ k$ ^; \: r
9 j* }0 d" E" z% j2 o' l
: T* v4 k& X. Q- D3 c8 P难点 共集放大器输出电阻的计算
7 v) u  w8 A' k! D8 ]3 g
3 x3 J0 G8 @$ I
: w: t$ O+ A6 P4 S8 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？
  ]& N2 Q; v0 G, {1 i
举例说明这个问题哦
* i! r# N5 H/ e3 b  H% L

4 F6 B+ D+ a% z6 h7 ?) r例：
9 ?4 @1 {/ Z, y( ]. M下图设三极管β=100，rbe=1.67kΩ，Rs=2kΩ，试求输出电阻Ro1和Ro2


分析+求解：
( I1 J: g# q3 k9 h+ w) J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????????
  q$ |4 ~8 d# ?( X8 q2 n7 f6 A' v求Ro1的等效电路如下：
3 }/ A: M7 s: L- A- t8 Z
) c" N- R. O1 G+ ^7 b0 d
所以，Ro1=Rc=2kΩ
求Ro2的等效电路如下：
) ~# p' m  j2 i! C
# D' n1 X" @5 Q. ^% L! _& u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：


+ i5 |  O5 d( l* Y+ l2 E所以，将数据代入得：Ro2≈31Ω
3 V, C) y6 ]" u6 C2 P. ~
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~~~
8 `7 P8 c; r; i
+ U& o+ p/ x0 G$ l* p


0 o1 u2 K/ t  n+ G( `8 i# g7 ~好了，该到互动时间了，留个啥题目呢？
. l* D5 B3 C3 q+ R: x; f+ Z* j4 Y互动时间
6 f- E9 J: x4 M  k 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？
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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