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一文详解共集电极

科技观察员 来源:homemade-circuits 作者:homemade-circuits 2023-07-24 17:33 次阅读

在本文中将详细讨论发射极跟随器。

此配置的图像如下所示,使用标准电流方向和电压符号:
1.png

共集电极放大器的主要特点

使用BJT公共集电极配置的主要特性和目的是阻抗匹配。

这是因为这种配置具有高输入阻抗和低输出阻抗。

这一特性实际上与其他两个对应的共基共发射极配置相反。

普通集电极放大器的工作原理
2.png

从上图中我们可以看到,这里的负载与晶体管的发射极引脚相连,集电极连接到相对于基极(输入)的公共基准。

这意味着,集电极对于输入和输出负载都是通用的。换句话说,进入基座的电源和集电极都具有共同的极性。在这里,基极成为输入,发射器成为输出。

值得注意的是,尽管配置类似于我们以前的共发射极配置,但可以看到收集器与“公共源”相连。

关于设计特性,我们不必采用一组常见的集电极特性来建立电路参数。

对于所有实际实现,共集电极配置的输出特性将与共发射极完全相同。

因此,我们可以简单地利用共发射极网络采用的特性来设计它。

对于每个公共集电极配置,输出特性通过对可用的IB值范围应用IE与VEC来绘制。

这意味着共发射极和共集电极具有相同的输入电流值。

为了实现共发射极的水平轴,我们只需要改变共发射极特性中集电极-发射极电压的极性。

最后,您将看到,如果共发射极IC的垂直刻度与共集电极特性中的IE互换,则几乎没有任何差异(自∝ ≅1以来)。

在设计输入侧时,我们可以应用共发射极基极特性,以实现基本数据。

操作限制

对于任何BJT,工作极限是指其特性上的工作区域,表示其最大可容忍范围和晶体管可以以最小失真工作的点。

下图显示了如何为 BJT 特征定义此功能。
3.png

4.png

您还可以在所有晶体管数据表上找到这些工作限制。

其中一些工作限制很容易理解,例如我们知道什么是最大集电极电流(在数据手册中称为连续集电极电流)和最大集电极至发射极电压(在数据手册中通常缩写为VCEO)。

对于上图中演示的示例BJT,我们发现IC(max)被指定为50 mA,V CEO被指定为20 V。

在特性上绘制的垂直线表示为V CE(sat),表现出可以在不越过非线性区域的情况下实现的最小VCE,用名称“饱和区域”表示。

BJT的额定VCE(sat)通常约为0.3V。

可能的最高耗散水平使用以下公式计算:
5.png

在上面的特征图中,假设BJT的集电极功耗显示为300mW。

现在的问题是,通过什么方法可以绘制集电极功耗曲线,由以下规格定义:
6.png

这意味着VCE和IC的乘积必须等于300mW,在特性上的任意一点。

如果假设IC的最大值为50mA,则在上式中代入得到以下结果:
7.png

上述结果告诉我们,如果IC = 50mA,则VCE在功耗曲线上将为6V,如图3.22所示。

现在,如果我们选择最高值为20V的VCE,那么IC电平将估计如下:
8.png

这将在功率曲线上建立第二个点。

现在,如果我们在中间选择IC电平,假设在25mA,并将其应用于VCE的结果电平,那么我们得到以下解决方案:
9.png

图3.22也证明了这一点。

所解释的 3个点可以有效地应用于获得实际曲线的近似值。毫无疑问,我们可以使用更多的点数进行估计并获得更好的准确性,但是对于大多数应用程序来说,近似值就足够了。

在IC = ICEO下面可以看到的区域称为截止区域。不得到达该区域以确保BJT的无失真工作。

数据表参考

您将看到许多数据表仅提供ICBO值。在这种情况下,我们可以应用公式

ICEO = βICBO。 这将有助于我们在没有特征曲线的情况下大致了解截止水平。

如果您无法从给定数据表中访问特性曲线,则可能需要确认Ic,vCE及其乘积VCE x IC的值保持在以下公式3.17中指定的范围内。
10.png

总结

共集电极是其他三种基本集电极中众所周知的晶体管(BJT)配置,每当晶体管需要处于缓冲模式或用作电压缓冲器时,都会使用。

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