第6节 共集电极放大器(修订中)
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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。
公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。
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的引线（基极和集电极电流之和，因为基极和集电极电流总是相互啮合以形成发射极电流），因此可以合理地假设该放大器将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不同之处。
# 1. 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 的公共集电极放大器。
共集电极放大器
葡萄酒 1 0
q1 2 1 3 模 1
v1 2 0 直流 15
rload 3 0 5k
.model mod1 npn
.dc 输入电压 0 5 0.2
.plot dc v(3,0)
。结尾
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公共集电极：输出等于输入减去 0.7 VV BE__压降。
与上一节中的共射极放大器不同，共集电极产生的输出电压与上升的输入电压成正比_而_不是_反比。_
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，输出电压与输入电压几乎_相同_，相差约 0.7 伏。
这是共集电极放大器的独特品质：输出电压几乎等于输入电压。从给定输入电压变化量的_输出电压__变化_角度来看，该放大器的电压增益几乎为单位 (1)，即 0 dB。这适用于任何 β 值的晶体管和任何电阻值的负载电阻器。
# 2. 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。参考下图中的二极管 (opens new window)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（晶体管在其活动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 0.7 伏的压降在很大程度上与基极电流的实际幅度无关；因此，我们可以认为它是恒定的：
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。）
给定基极-发射极 PN 结和负载电阻上的电压极性，我们看到它们_必须_加在一起才能等于输入电压，遵循基尔霍夫电压定律。
换句话说，在晶体管导通的所有条件下，负载电压将始终比输入电压低约 0.7 伏。截止发生在输入电压低于 0.7 伏时，而在输入电压超过电池（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称为_____电压跟随_____器或_____射极跟随_____器放大器，因为射极负载电压如此紧密地跟随输入。
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. 完成后，结果就是下图中的同相放大器。
共集电极放大器
vin 1 4 sin(0 1.5 2000 0 0)
vbias 4 0 直流 2.3
q1 2 1 3 模 1
v1 2 0 直流 15
rload 3 0 5k
.model mod1 npn
.tran .02m .78m
.plot tran v(1,0) v(3,0)
。结尾
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公共集电极（发射极跟随）放大器。
下图 SPICE 仿真的结果表明输出跟随输入。输出与输入的峰峰值幅度相同。但是，直流电平会向下移动一个 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_小于_1），因此它唯一的放大因子是电流。上一节检查的共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，根据定义，β 是集电极和基极电流之间的比率。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。由于发射极承载集电极电流_和_基极电流，这种放大器中的负载使集电极的所有电流流过它_加上_基极的输入电流。这会产生 β 加 1 的电流增益：
再一次，在共集电极配置中使用 PNP 晶体管与 NPN 晶体管一样有效。增益计算都是一样的，放大信号的同相也是一样。唯一的区别在于下图所示的电压极性和电流方向。
PNP 版本的共集电极放大器。
共集电极放大器的一个流行应用是稳压直流电源，其中一个未稳压（变化）的直流电压源被限制在一个特定的电平上，以便为负载提供稳压（稳定）电压。当然，稳压二极管已经提供了下图所示的这种电压调节功能。
齐纳二极管稳压器。
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。本质上，该电路通过将流经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，以降低其上所有多余的电源电压，齐纳二极管根据需要吸收或多或少的电流以保持其自身的电压稳定的。
增加此类稳压器电路电流处理能力的一种流行方法是使用共集电极晶体管放大流向负载的电流，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。
常用集电极应用：电压调节器。
这种方法只有一个警告：由于晶体管的 0.7 伏基极- 二极管。 (opens new window)
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_____的流行配置一起上演，__这只是下图所示的公共集电极概念的扩展。
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，从而使它们的电流增益相乘。通过左上角晶体管的基极电流通过该晶体管的发射极放大，该发射极直接连接到右下角晶体管的基极，在此电流再次被放大。总电流增益如下：
如果整个组件以共集电极方式连接到负载，则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 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。
达林顿对可以作为离散单元（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组成。当然，如果需要比使用一对获得的电流增益更大的电流增益，则可以构建达林顿三重或四重组件。
# 3. 总结
- 所谓_共集电极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。
- 共集电极放大器上的输出电压将与输入电压同相，使共集电极成为_同相_放大器电路。
- 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，稍微小一点）。
- _达林顿对_是一对相互“搭载”的晶体管，这样一个晶体管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（乘积）。
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