集電極電路分析

畫共集電極電路的交流通路和等效電路如圖2.5.1(b)、(c) 所示，圖中Rb=Rb1//Rb2。

(a)共 集電極電路 (b)交流通路

(1)輸入電阻

由三極管的輸入端向右看的輸入電阻

(2.5.1)

式中 =Re// ，一般情況下 rce>>。上式表明共集電極電路的輸入電 比基本共發(fā)

射極電路的輸入電阻R'i 大得多。

實(shí)際上共集電極電路的 與具有電流負(fù)反饋共發(fā)射極電路的類似，可以用分析圖2.3.8提到過的折合 概念直接得出，即將=Re//RL折合到基極回路時(shí)要增大1+b倍。

放大器的輸入電阻: (2.5.2)

(2)電流放大倍數(shù)

( 2.5.3)

上式中的負(fù)號(hào)表明定義的電流方向Ie與實(shí)際的電流方向相反。

(3)電壓放大倍數(shù)Av和源電壓放大倍數(shù)Avs

電壓放大倍數(shù):

(2.5.4)

一般情況下都滿足(1+b)R'L>>。 上式表明共集電極電路的電壓放大倍數(shù)近似為1，輸出電壓與輸入電壓同相，因此又稱為射極跟隨器。

需要強(qiáng)調(diào)的是，對(duì)直流而言，射極電壓比基極電壓低零點(diǎn)幾伏，對(duì)信號(hào)而言，共集電極電路的射極 電壓近似等于基極電壓。

源電壓放大倍數(shù): (2.5.5)

(4)輸出電阻

畫 求輸出電阻的等效電路如圖2.5.2，忽略的分流作用時(shí)，由圖可列方程組

圖2.5.2 求輸出電阻的等效電路

上兩式聯(lián)立求解可得

由三極管的輸出端向左看的輸出電阻(2.5.6)

上式表明共集電極電路的輸出電阻R'o比基本的共發(fā)射極 電路的輸出電阻R'o小得多，并與信號(hào)源內(nèi)電Rs有關(guān)。實(shí)際上R'o也可以用折合概念直接得出，上節(jié)指出，將射極電阻折合到基極要增大1+β倍，反過來將基極電阻折合到射極就要減小1+β倍。

共集電極放大電路

在共集電極放大電路中，輸入信號(hào)是由三極管的基極與發(fā)射極兩端輸入的，再由三極管的基極與發(fā)射極兩端獲得輸出信號(hào)。因?yàn)榧姌O是共同接地端，所以稱為共集電極放大電路。共集電極放大電路具有以下特性:

1、輸入信號(hào)與輸出信號(hào)同相;

2、電壓增益低(≤1);

3、電流增益高(1+β);

4、功率增益低;

5、適用于電流放大和阻抗匹配電路。

共集電極電路

輸入信號(hào)電壓Vi加在基極，信號(hào)電壓Vo由發(fā)射極輸 出的電路稱為共集電極電路，又稱為射極輸出器，如圖2.5.1(a)所示。由于采用的是分壓式偏置，靜態(tài)工作點(diǎn)的計(jì)算與 圖2.1.2完全相同，這里不再重復(fù)。

?

三極管是在一塊半導(dǎo)體基片上制作兩個(gè)相距很近的PN結(jié)，兩個(gè)PN結(jié)把整塊半導(dǎo)體分成三部

分，中間部分是基區(qū)，兩側(cè)部分是發(fā)射區(qū)和集電區(qū)，排列方式有PNP和NPN兩種。三極管的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，電路符號(hào)如圖2所示。

一只標(biāo)志不清的晶體管三極管，可以用萬用表判斷它的極性，確定它是硅管還是鍺管，并同時(shí)區(qū)分它的管腳。對(duì)于一般小功率管，判斷時(shí)一般只宜用Rx1K檔.步驟如下:

1.正測(cè)與反測(cè)將紅黑表筆測(cè)晶體管的任意兩腳電阻，再紅黑表筆互換仍測(cè)這兩腳電阻，兩次測(cè)量電阻讀數(shù)不同，我們把電阻讀數(shù)較小的那次測(cè)量叫正測(cè)，我們把電阻讀數(shù)較大的那次測(cè)量叫反測(cè)。

2.確定基極將晶體管三只管腳編上號(hào)1.2.3.萬用表作三種測(cè)量,即1-2，2-3，3-1，每種又分正測(cè)和反測(cè)。這六次測(cè)量中,有三次屬正測(cè)，且電阻讀數(shù)個(gè)不相同。找出正測(cè)電阻最大的那只管腳，例如1-2，另一支管腳3便是基極。這是由于不論管或管，都為兩個(gè)二極管反向連接而成。發(fā)射極，集電極與基極間的正測(cè)電阻即一般二極管正向電阻，很小。當(dāng)兩表筆接集電極和發(fā)射極時(shí)，其阻值遠(yuǎn)大于一般二極管正向電阻。

3.判別極性黑表筆接已確定的基極，紅表筆接另一任意極，若為正測(cè)，則為NPN管，若為反測(cè)，則為PNP管。這是因?yàn)楹诒砉P接萬用表內(nèi)電池正端，如為正測(cè)，黑表筆接的是P端，晶體管屬NPN型。如為反測(cè)，黑表筆接的是N端，晶體管屬PNP型。

4.確定集電極和發(fā)射極對(duì)集電極和發(fā)射極作正測(cè)。在正測(cè)時(shí)，對(duì)NPN管黑表筆接的是集電極，對(duì)PNP管，黑表筆接的是發(fā)射極。這是因?yàn)椴徽撜郎y(cè)或反測(cè)，都有一個(gè)PN結(jié)處于反向，電池電壓大部分降落在反向的PN結(jié)上。發(fā)射結(jié)正偏，集電路反偏時(shí)流過的電流較大，呈現(xiàn)的電阻較小。所以對(duì)NPN管，當(dāng)集,射間電阻較小時(shí)，集電極接的是電池正極，即接的是黑表筆。對(duì)PNP管，當(dāng)集，射間的電阻較小時(shí)，發(fā)射極接的是黑表筆。

5.判別是硅管還是鍺管對(duì)發(fā)射極基極做正測(cè)，若指針偏轉(zhuǎn)了1/2--3/5，是硅管。若指針偏轉(zhuǎn)了4/5以上，是鍺管。這是因?yàn)殡娮钃鯇?duì)基--射極作正測(cè)時(shí),加在基射間的電壓是Ube=(1-n/N)E，E=1.5v是電池電壓，N是有線性刻度的某一直流電壓的總分格數(shù)，n是表針在該刻度線上偏轉(zhuǎn)的分格數(shù)。通常硅管U=0.6~0.7v，鍺管Ube=0.2~0.3v。因此在測(cè)試時(shí)，對(duì)硅管，n/N約為1/2-3/5;對(duì)鍺管，n/N約為4/5以上。另外，對(duì)于一般小功率的判別，萬用表不宜采用Rx10或Rx1擋。以500型萬用表測(cè)硅管來說明，該表內(nèi)阻在Rx10擋是100歐，對(duì)硅管b.e極作正測(cè)是，電流達(dá)Ibe=(1.5v-0.7v)/100歐=8mA，測(cè)鍺管時(shí)電流還要大，用Rx1擋電流更大，有可能損壞晶體管。至于Rx1k擋，該擋電池電壓較高，常見的有1v,12v,15v,22.5v等幾種，反測(cè)時(shí)有可能造成PN結(jié)擊穿，故此擋也應(yīng)慎用。

任取兩個(gè)電極(如這兩個(gè)電極為1、2)，用萬用電表兩支表筆顛倒測(cè)量它的正、反向電阻，觀察表針的偏轉(zhuǎn)角度;接著，再取1、3兩個(gè)電極和2、3兩個(gè)電極，分別顛倒測(cè)量它們的正、反向電阻，觀察表針的偏轉(zhuǎn)角度。在這三次顛倒測(cè)量中，必然有兩次測(cè)量結(jié)果相近:即顛倒測(cè)量中表針一次偏轉(zhuǎn)大，一次偏轉(zhuǎn)小;剩下一次必然是顛倒測(cè)量前后指針偏轉(zhuǎn)角度都很小，這一次未測(cè)的那只管腳就是要尋找的基極。

找出三極管的基極后，就可以根據(jù)基極與另外兩個(gè)電極之間PN結(jié)的方向來確定管子的導(dǎo)電類型。將萬用表的黑表筆接觸基極，紅表筆接觸另外兩個(gè)電極中的任一電極，若表頭指針偏轉(zhuǎn)角度很大，則說明被測(cè)三極管為NPN型管;若表頭指針偏轉(zhuǎn)角度很小，則被測(cè)管即為PNP型。

找出基極b，另外兩個(gè)電極哪個(gè)是集電極c，哪個(gè)是發(fā)射極e呢?這時(shí)可以用測(cè)穿透電流ICEO的方法確定集電極c和發(fā)射極e:(1)對(duì)于NPN型三極管，用萬用電表的黑、紅表筆顛倒測(cè)量?jī)蓸O間的正、反向電阻Rce和Rec，雖然兩次測(cè)量中萬用表指針偏轉(zhuǎn)角度都很小，但仔細(xì)觀察，總會(huì)有一次偏轉(zhuǎn)角度稍大，此時(shí)電流的流向一定是:黑表筆→c極→b極→e極→紅表筆，電流流向正好與三極管符號(hào)中的箭頭方向一致("順箭頭")，所以此時(shí)黑表筆所接的一定是集電極c，紅表筆所接的一定是發(fā)射極e。(2)對(duì)于PNP型的三極管，道理也類似于NPN型，其電流流向一定是:黑表筆→e極→b極→c極→紅表筆，其電流流向也與三極管符號(hào)中的箭頭方向一致，所以此時(shí)黑表筆所接的一定是發(fā)射極e，紅表筆所接的一定是集電極c。

我們先來說說集電極開路輸出的結(jié)構(gòu)。集電極開路輸出的結(jié)構(gòu)如圖1所示，右邊的那個(gè)三極管集電極什么都不接，所以叫做集電極開路(左邊的三極管為反相之用，使輸入為"0"時(shí)，輸出為"1")。對(duì)于圖1，當(dāng)左端的輸入為"0"時(shí)，前面的三極管截止(即集電極C跟發(fā)射極E之間相當(dāng)于斷開)，所以5V電源通過1K電阻加到右邊的三極管上，右邊的三極管導(dǎo)通(即相當(dāng)于一個(gè)開關(guān)閉合);當(dāng)左端的輸入為"1"時(shí)，前面的三極管導(dǎo)通，而后面的三極管截止(相當(dāng)于開關(guān)斷開)。我們將圖1簡(jiǎn)化成圖2的樣子。圖2中的開關(guān)受軟件控制，"1"時(shí)斷開，"0"時(shí)閉合。很明顯可以看出，當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，輸出直接接地，所以輸出電平為0。而當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，則輸出端懸空了，即高阻態(tài)。這時(shí)電平狀態(tài)未知，如果后面一個(gè)電阻負(fù)載(即使很輕的負(fù)載)到地，那么輸出端的電平就被這個(gè)負(fù)載拉到低電平了，所以這個(gè)電路是不能輸出高電平的。

再看圖三。圖三中那個(gè)1K的電阻即是上拉電阻。如果開關(guān)閉合，則有電流從1K電阻及開關(guān)上流過，但由于開關(guān)閉合時(shí)電阻為0(方便我們的討論，實(shí)際情況中開關(guān)電阻不為0，另外對(duì)于三極管還存在飽和壓降)，所以在開關(guān)上的電壓為0，即輸出電平為0。如果開關(guān)斷開，則由于開關(guān)電阻為無窮大(同上，不考慮實(shí)際中的漏電流)，所以流過的電流為0，因此在1K電阻上的壓降也為0，所以輸出端的電壓就是5V了，這樣就能輸出高電平了。但是這個(gè)輸出的內(nèi)阻是比較大的(即1KΩ)，如果接一個(gè)電阻為R的負(fù)載，通過分壓計(jì)算，就可以算得最后的輸出電壓為5*R/(R+1000)伏，即5/(1+1000/R)伏。所以，如果要達(dá)到一定的電壓的話，R就不能太小。如果R真的太小，而導(dǎo)致輸出電壓不夠的話，那我們只有通過減小那個(gè)1K的上拉電阻來增加驅(qū)動(dòng)能力。但是，上拉電阻又不能取得太小，因?yàn)楫?dāng)開關(guān)閉合時(shí)，將產(chǎn)生電流，由于開關(guān)能流過的電流是有限的，因此限制了上拉電阻的取值，另外還需要考慮到，當(dāng)輸出低電平時(shí)，負(fù)載可能還會(huì)給提供一部分電流從開關(guān)流過，因此要綜合這些電流考慮來選擇合適的上拉電阻。

如果我們將一個(gè)讀數(shù)據(jù)用的輸入端接在輸出端，這樣就是一個(gè)IO口了(51的IO口就是這樣的結(jié)構(gòu)，其中P0口內(nèi)部不帶上拉，而其它三個(gè)口帶內(nèi)部上拉)，當(dāng)我們要使用輸入功能時(shí)，只要將輸出口設(shè)置為1即可，這樣就相當(dāng)于那個(gè)開關(guān)斷開，而對(duì)于P0口來說，就是高阻態(tài)了。