第五节 共集电极和共基极放大电路
前面讨论的共射极放大电路既有它的优点又存在明显的不足。其优点是电压放大倍数Au较大，因此常作为多级放大电路的中间级，以获得较高的电压放大倍数。不足是输入电阻ri较小且输出电阻ro较大。ri较小意味着从信号源索取的电流较大，加重了信号源的负担，并使放大器实际获得的输入信号电压ui变小；ro较大意味着电路带负载能力变差。对于实际应用中的电子电路，要求放大电路的输入电阻要大，输出电阻要小，而共集电极放大电路能满足这一要求。本节先简单介绍共集电极放大电路，随后对单管放大电路的三种基本组态进行比较分析。
一、共集电极放大电路
共集电极放大电路如图2-21（a）所示，它的直流通路和交流通路如图2-21（b）、（c）所示。由图可见，电路的输入信号从基极与地之间引入，输出信号从发射极与地之间引出。由交流通路可见，集电极是输入和输出信号的公共端，因此该电路称为共集电极放大电路；又因为输出信号是从发射极引出的，所以该电路又称射极输出器。
图2-21 共集电极放大电路及直流通路和交流通路
1.静态分析
借助图2-21（b）的直流通路可估算放大电路的静态工作点。由输入回路可列出其回路电压方程为
VCC=IBQRB+UBEQ+IEQRE
=IBQRB+UBEQ+（1+β）IBQRE
则 ICQ=IEQ=βIBQ （2-29）
同样，根据输出回路可列出其回路电压方程为
VCC=UCEQ+IEQRE
经整理后 UCEQ=VCC-IEQRE （2-30）
2.动态分析
由共集电极放大电路的交流通路可画出其微变等效电路，如图2-22所示。根据微变等效电路可求出它的动态参数。
1）电压放大倍数Au
由微变等效电路可得
因此，电压放大倍数Au为
式中， 
。一般地， 
。所以，Au≤1，即uo≈ui。
由式（2-31）可知，输出电压和输入电压同相位，且大小近似相等，即输出电压跟随于输入电压，故该电路又称射极跟随器。应该指出，虽然电路无电压放大能力，但仍有电流放大能力，所以电路也有功率放大作用。
2）输入电阻ri
由图2-22可见，从基极看进去的输入电阻为
式中， 
为折算到基极回路的射极电阻。而放大电路的输入电阻为
由式（2-32）可知，射极输出器的输入电阻很大，可达几十千欧至几百千欧。这比共射极放大电路的输入电阻要大几十至几百倍。输入电阻大的原因是采用了电压串联负反馈。
3）输出电阻ro
图2-23所示为求输出电阻的等效电路。根据输出电阻定义，将信号源视为短路，保留内阻RS；负载电阻RL除去，并外加一交流电压uo。在uo作用下产生的电流io为
式中， 
。若信号源的内阻较小时，设RS=0，则
图2-22 共集电极放大电路的微变等效电路
图2-23 共集电极放大电路求输出电阻电路
上式表明，射极输出器的输出电阻是很小的，一般在几十欧至几百欧的范围内，因而带负载能力很强。
3.共集电极放大电路的特点和应用
综上所述，共集电极放大电路的主要特点是：电压放大倍数近似等于1，但略小于1；输入电阻大；输出电阻小。在与共射极放大电路组合构成多级放大电路时，常用作输入级、输出级和中间级。
（1）利用它的输入电阻大的特点，用作多级放大电路的输入级，以提高整个电路的输入电阻。这时电路的输入电流较小，能减轻信号源的负担。如用在测量仪器的输入级，可提高测量精度。
（2）由于它的输出电阻小，在作为多级放大电路的输出级时，可提高电路的带负载能力。
（3）在作为多级放大电路的中间级时，由于输入电阻大，可提高前级的电压放大倍数；由于输出电阻小，能减小后级的信号源内阻，从而提高前后两级的电压放大倍数。它起着阻抗转换和隔离的作用。
【例2-5】 放大电路如图2-21（a）所示，已知RB=240kΩ，RE=5.6kΩ，RL=5.6kΩ，VCC=10V，RS=10kΩ，硅三极管的β=40，UBEQ=0.7V，试求：
（1）静态工作点。
（2）Au、ri和ro。
ICQ=βIBQ=40×0.0198mA=0.792mA
UCEQ≈VCC-ICQRE=（10-0.792×5.6）V≈5.56V
二、共基极放大电路
共射极、共集极放大电路的输入电阻相比共基极放大电路均较大。当输入信号的频率较高时，放大电路的分布电容（由线路及PN结引起的电容）将不容忽视，频率越高其容抗越小，对输入信号的分流作用越大，大部分信号将被分布电容所旁路，只有极少的一部分进入放大器进行放大。为此，若要放大高频信号，必须采用共基极放大电路。
图2-24（a）所示为共基极放大电路，图2-24（b）所示为它的直流通路，图2-24（c）所示为它的交流通路。图中用于稳定静态工作点的偏置电路，与共射极放大电路的分压式电流负反馈偏置电路完全相同，交流信号通过基极旁路电容接地，基极为输入、输出的公共端，构成共基极放大电路。
图2-24 共基极放大电路
1.静态分析
由共基极放大电路的直流通路可以看出，建立静态工作点的偏置电路为分压式电流负反馈偏置电路，静态工作点的求解方法见【例2-2】。
2.动态分析
共基极放大电路的微变等效电路如图2-25所示，由此可求得电路的主要性能指标。
图2-25 共基极放大电路的微变等效电路
1）电压放大倍数Au
2）输入电阻ri
3）输出电阻ro
ro=RC （2-36）
共基极放大电路具有以下特点：
（1）由于输入电流为ie，输出电流为ic，所以电流放大倍数近似为1；当负载电阻大于输入电阻时，才有电压和功率放大作用。因此它具有电压放大作用，但无电流放大作用。与共射极放大电路相比，电压放大倍数相同，而功率放大倍数要小得多。
（2）由于输入电阻很小（其输入电阻的阻值见表2-1），在负载电阻与输入电阻一定的情况下，多级共基极放大电路的电压和功率放大倍数与单级的几乎一样，因此无法组成多级共基极放大电路。
（3）由于ICBO<ICEO，所以共基极放大电路的工作点的稳定性较共射极放大电路要好。
三、放大电路三种基本组态的比较
三种基本组态的放大电路既有它们的不同之处，也有它们的共同点。在电路结构形式上虽然各不相同，但它们都必须满足以下条件：
（1）三极管必须工作于放大状态，即发射结正偏，集电结反偏。
（2）放大电路必须有合适的静态工作点。
（3）放大电路必须与电源和负载正确相连。
由于三种基本组态的电路结构各不相同，这就形成了不同的性能特点，因此它们的应用场合也不同。它们的主要性能和应用场合见表2-1。三种基本组态的特点和应用归纳如下：
共射极放大电路能放大电压和电流，其电压、电流和功率放大倍数都比较大，可组成多级放大电路，常作为电压放大电路的基本单元电路，因而应用最为广泛。其输入电阻在三种电路中居中，输出电阻较大，频带较窄，高频特性及稳定性较差。
共集电极放大电路只能放大电流，不能放大电压。其特点是输入电阻很高，输出电阻很低，电压放大倍数近似等于1，并具有电压跟随的特点。该电路具有很强的负反馈作用，其频率特性较好。常作为电压放大电路的输入级、输出级，在功率放大电路中也常采用射极输出的形式。
共基极放大电路能放大电压，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。具有较好的频率特性，常用于宽带放大电路，因此在频率很高的情况下，采用共基极放大电路较为合适。
表2-1 三种基本组态性能比较
续上表
