调试与分析共集电极放大电路的任务

为放大电路提供信号的信号源，若它的内阻太大，放大电路获取的信号就很弱，就会影响放大效果。若放大电路的负载较大，放大电路就难以驱动。各类放大电路中，共集电极放大电路具有带负载能力强的特点。

（1）掌握共集电极放大电路的特点。

（2）测试共集电极放大电路的静态工作点，并与理论推导进行比较，掌握电路器件参数对静态工作点的影响。

（3）测试共集电极放大电路的动态指标，即电压放大倍数、输入电阻、输出电阻，并分析动态指标与电路器件参数的关系。

任务要求

按测试要求完成所有测试内容，并对测试数据进行比较分析。

测试环境

双直流稳压电源一台，双踪示波器一台，信号源一台，万用表一只，面包板一块，电阻、三极管等元器件若干。

测试电路

测试电路如图2-34所示，VT 为三极管9013。

图2-34　共集电极放大电路的测试电路

测试步骤

（1）按图2-34在面包板上接好电路。

（2）静态工作点测试

RL取2kΩ，在输入点B 加入f=1kHz正弦波交流信号，输出端用示波器监视，调节Rp及信号源的输出幅度，使输出端uo在示波器屏幕上得到一个最大不失真波形（反复调整信号源幅度和Rp，使输出波形最大不失真）。然后断开信号源，用万用表测量晶体管各极对地或极间电压，并由此计算出对应的电流，将数据填入表2-7中。

表2-7　测试数据结果

表2-8　测量电压结果

思考：比较测得的VB与VE数据值，并进行分析。

（3）测量电压放大倍数

接入不同阻值的负载RL（按表2-8取值），在输入点B 加入f=1kHz正弦波交流信号，调节输入信号幅值，用示波器同时观察ui和uo的波形，使输出端在示波器屏幕上得到最大不失真波形，同时测出Ui、Uo值，将数据填入表2-8中。

（4）测量放大器的输入电阻Ri

在点A 加入f=1kHz的正弦波交流信号，用示波器观察输出波形，调节输入信号幅值Us，使输出Uo不失真，分别测量电压Us、Ui；然后推导出输入电阻，并将数据填入表2-9中。

表2-9　测量输入电阻结果

结论：共集电极放大电路（射极输出器）的输入电阻较_________与负载阻值_________关。

（5）测量放大器的输出电阻Ro

表2-10　测量输出电阻结果

共发射极电路虽然能起到电压放大的作用，但由于输入电阻不够大，当信号源内阻较大时，不能很好地获取放大信号，以及输出电阻不够小，带负载能力不强，因此共射电路一般不适合直接与信号源相连，也不适合直接与负载相连。这里介绍一种输入电阻大、输出电阻小的共集电极放大电路。

一、共集电极放大电路的组成

共集电极放大电路如图2-35所示。它是从基极输入信号，从发射极输出信号，所以又称为射极输出器。

图2-35　共集电极放大电路

二、共集电极放大电路的分析

（一）静态分析

共集电极放大电路的直流通路如图2-36所示，可以看到直流通路与共射极放大电路是相同的，根据此图可以写出输入回路的方程为

由此可得

图2-36　共集电极放大电路的直流通路

（二）动态分析

先画出交流通路，再画出微变等效电路，如图2-37所示。

图2-37　共集电极放大电路的交流通路及微变等效电路

（1）电压放大倍数

因为

所以

由于上式中的（1+β）（RE∥RL）≫rbe，因此这个电压放大倍数是小于1且约等于1的，并且是正的，说明放大电路输出电压与输入电压同相、大小近似相等。所以共集电极放大电路常被称为电压跟随器或射极跟随器。电路放大倍数小于1，虽然没有电压放大能力，但输出电流Ie远大于输入电流Ib，所以电路仍有功率放大作用。

（2）输入电阻Ri

为了求出电路的输入电阻，先计算图2-37（b）中的Ri′，利用欧姆定律可以得到

可见，发射极电阻Re等放到基极回路时，将增大到（1+β）倍，因此共集电极放大电路的输入电阻比共射极放大电路的输入电阻大得多，可达几十千欧到几百千欧。

（3）输出电阻Ro

为了计算输出电阻Ro，令输入信号为零，在输出端加正弦波电压uo，求出因其产生的电流Io，从而输出电阻Ro=uo/io。在图中，io由两部分组成，一部分是uo在RE上产生的电流iRE；另一部分是uo由于晶体管的基极回路而产生基极电流ib，从而获得ie。它们分别为

可见，基极回路电阻Rs∥RB等效到射极回路时，应减小到原来的1/（1+β）。由于通常情况下，Rs∥RB取值较小，rbe也多在几百欧姆到几千欧姆，而β 至少几十倍，因此Ro可小到几十欧姆。

三、共集电极放大电路的应用

虽然射极输出器的电压放大倍数略小于1，但输出电流ie是基极电流ib的1+β倍它不但具有电流放大和功率放大的作用，而且具有输入电阻大、输出电阻小的特点。

由于射极输出器输入电阻大，向信号源汲取的电流小，对信号源影响也小，因此一般用它与信号源相连，用作多级放大电路的输入级；又由于它的输出电阻小，带负载能力强，当放大器接入的负载变化时，可保持输出电压稳定，适用于放在多级放大电路的最后一级，同时它还可作为中间隔离级，在多级共射极放大电路中，往往存在着前级输出电阻大，后级输入电阻小而造成的耦合中的信号损失，使得放大倍数下降，利用射极输出器输入电阻大、输出电阻小的特点，可将其接入两级共射极放大电路之间，在隔离前后级的同时，起到阻抗匹配的作用。

四、3种基本放大电路的比较(www.xing528.com)

综上所述，晶体管单管放大电路的3种基本接法的特点如下。

（1）共射极放大电路既能放大电流又能放大电压，输入电阻在3 种电路中居中，输出电阻较大，频带较窄。常作为低频电压放大电路的单元电路。

（2）共集电极放大电路只能放大电流不能放大电压，是3种接法中输入电阻最大、输出电阻最小的电路，并具有电压跟随的特点。常用于电压放大电路的输入级和输出级，在功率放大电路中也常采用射极输出的形式。

（3）共基极放大电路只能放大电压不能放大电流，输入电阻小，电压放大倍数和输出电阻与共射极放大电路相当，频率特性是3种接法中最好的电路。常用于宽频带放大电路。

五、复合管放大电路

在实际应用中，为了进一步改善放大电路的性能，可用多只晶体管构成复合管来取代基本电路中的一只晶体管，构成复合管放大电路。

（一）晶体管组成复合管及其电流放大系数

图2-38（a）、（b）所示为两只同类型（NPN 型或PNP型）晶体管组成的复合管，等效成与组成它们的晶体管同类型的管子；图2-38（c）、（d）所示为不同类型晶体管组成的复合管，等效成与VT1管同类型的管子。下面以图2-38（a）为例说明复合管的电流放大系数β与VT1、VT2的电流放大系数β1、β2 的关系。

图2-38　复合管

在图2-38（a）中，复合管的基极电流iB等于VT1的基极电流iB1，集电极电流iC等于VT2管的集电极电流iC2与VT1的集电极电流iC1之和，而VT2管的基极电流iB2等于VT1管的发射极电流iE1，所以

因为β1 和β2 至少为几十，因而β1β2≫β2，所以可以认为复合管的电流放大系数为

用上述方法可以推导出图2-38（b）、（c）、（d）所示复合管的β均约为β1β2。

（二）复合管的组成原则

（1）在正确的外加电压下每只晶体管的各极电流均有合适的通路，且均工作在放大区。

（2）为了实现电流放大，应将第一只晶体管的集电极或发射极电流作为第二只晶体管的基极电流。

由于复合管有很高的电流放大系数，因此只需很小的输入驱动电流iB，便可获得很大的输出集电极电流iC。

（三）复合管共射极放大电路

将基本共射极放大电路中的三极管用图2-39（a）所示的复合管取代，便可得到如图2-39所示的复合管共射极放大电路。图2-39（b）所示是它的交流等效电路。

图2-39　复合管共射极放大电路

由图2-39（b）可知

电压放大倍数为

输入电阻为

由上式可知，与单管的共射极放大电路相比，Ri明显变大，说明当Ui相同时，从信号源索取的电流将显著减小。

分析表明，复合管共射极放大电路增强了电流放大能力，从而减小了对信号源驱动电流的要求；从另一角度来看，若驱动电流不变，则采用复合管后，输出电流将增大约β倍。