共基

通用基极 BJT（双极结型晶体管）放大器是指基极区域是公共或接地的 BJT 放大器。基于此，BJT 也被分类为共发射极放大器和共集电极放大器。在共基极放大器中，发射极区域是输入端，集电极区域是输出端。基极作为输入和输出的公共端接地（0 伏特），因此命名为共基极放大器。

作为共基极的 BJT 放大器具有低输入阻抗，但产生高输出阻抗。它有各种应用，例如电流缓冲器和麦克风。

首先，让我们讨论放大器以及使用基极区域作为公共基极的要求。

放大器

放大器是一种电子设备，它放大输入信号并产生所需的输出。放大是指输入信号的功率或电压的增加。

放大器从外部连接的电源获取能量，控制输出，并产生大振幅的输出波形。

有各种类型的放大器，例如电流放大器（放大输入电流）、电压放大器（放大输入电压）、跨电阻放大器（将输入电流放大到输出电压）和跨导放大器（将输入电压放大到输出电流）。

BJT 放大器

BJT 通常在有源正向模式下工作，表现出色。它提供高输出电压、功率增益和电流。

输入到 BJT 发射极区域的一个小电压会产生一个大的输出电压。因此，双极结型晶体管提供良好的放大效果。

共基极晶体管

这里，我们将考虑一个 NPN 晶体管的共基极放大器。它由一个夹在两个 N 型区域（掺杂五价杂质）之间的P 型区域（掺杂三价杂质）组成。

电路连接

共基极 BJT 的电路如下所示

BJT 的三个区域是发射极（E）、基极（B）和集电极（C）。两个电压源连接在这三个区域之间。连接在 B 和 C 之间的电压源是 VCB，连接在 B 和 E 之间的电压源是 VBE。来自 E 和 C 区域的电流分别用 IE 和 IC 表示。由于基极区域接地（0 伏特），因此没有电流。

注意：共基极放大器是一种 BJT，只是在输入和输出之间共用基极。

这三个区域的掺杂浓度是

集电极：轻掺杂，宽度最大

基极：中度掺杂，宽度最小

发射极：高掺杂，宽度中等

工作方式

共基极的输入是 E 区域。来自电压源 V_BE 的电子流向 E 区域。它是 N 型的，因此以电子作为多数载流子。E 区域的电子由于同种电荷载流子在结处的排斥作用而开始向 B 移动。B 区域很小，无法容纳如此大量的载流子，并将其进一步传递到集电极。由于反向偏置连接，集电极没有自己的电流。

方程

集电极电流和发射极电流的比值由下式给出

I_C/I_E = a

其中，

a 是共基极电流增益（a < 1）。

集电极电流和基极电流的比值由下式给出

I_C/I_B = B

其中，

B 是共发射极电流增益（B > 1）。

共基极晶体管的方程由下式给出

I_E = I_B + I_C

参数

共基极放大器的等效电路如下所示

共基极放大器的电流增益小于 1。

交流等效电路如下所示

上述电路图的绘制方法是将所有直流（DC）电源视为短路。电压增益、电流增益、输入和输出阻抗等参数将根据上述电路图计算。

电压增益

V_O = -I_O

V_O = I_CR_C

I_C/I_E = a

I_C = aI_E

将集电极电流值代入输出电压，我们得到

V_O = aI_ER_C

发射极电流由下式给出

I_E = V_I/r_e

因此，输出电压为

V_O = a(V_I/r_c)R_C

增益 = 输出电压/输入电压

A_V = V_O/V_I = aR_C/r_C

电流增益

电流增益由下式给出

输出电流/输入电流

A_I = I_O/I_I

集电极区域是输出区域。因此，输出电流取决于集电极电流。

I_O = -I_C

我们知道，I_C = aI_E

所以，I_O = - aI_E

发射极区域是输入区域。因此，输入电流取决于发射极电流。

I_I = I_E

所以，增益是

A_I = I_O/I_I

A_I = - aI_E / I_E

A_I = - a

输入阻抗

输入端连接有两个电阻，R_E 和 r_e。

输入阻抗 Z_I 由下式给出

Z_I = R_E||r_e

这是两个电阻 R_E 和 r_e 的并联连接。

输出阻抗

输出电阻是连接在共发射极等效电路输出端的电阻。输出端只有一个电阻，即 R_C。

因此，输出阻抗由下式给出

Z_O = R_C

稍后我们将讨论基于上述参数的示例。

低频参数

低频共基极放大器如下所示

低频共基极放大器参数列出如下

开路电压增益

电压增益是一个无量纲的量，定义为输出电压与输入电压之比。

电压增益 = 输出电压/输入电压

它由下式给出

Av = (g_mro + 1)R_C/ (ro + R_C)

如果 ro 大于 Rc，则电压增益为

Av = g_mroR_C/ro

Av = g_mR_C

短路电流增益

电流增益定义为输出电流与输入电流之比。

电压增益 = 输出电流 / 输入电流

它由下式给出

Ai = (rπ + Br_o)/ (rπ + (B + 1)r_o)

如果 B 大于 1，则电流增益为

Ai = (rπ + Br_o)/ (rπ + (B)r_o)

Ai = 1

输入电阻

我们知道，I = V/R

或

R = V/I

输入电阻可表示为

Ri = Vi/Ii

Ri =((r_o + R_C ||R_L)R_E) / (r_o + R_E + R_C ||R_L/(B + 1))

输出电阻

输出电阻可表示为

Ro = Vo/-Io

Ro = R_C || ([1 + g_m (rπ || R_S)] r_o + rπ || R_S)

如果 r_o 小于 r_E，则输出电阻为

Ro = R_C || r_o

如果 r_o 大于 r_E，则输出电阻为

Ro = R_C || ([1 + g_m (rπ || R_S)]

共基极作为电流跟随器

电流跟随器也称为电流缓冲器，它跟随输入电流。如果晶体管的输出电流跟随输入电流，则称为电流跟随器。如果由负载产生，则不受任何电流或电压的影响。电流跟随器的电路如下所示

共基极双极结型晶体管是一种双向晶体管。交流电源连接在输入端，负载电阻连接在输出端。输出电阻Ro 连接输入和输出。如果存在集电极电阻，晶体管的输出电阻仍然会很大。它遵循输出端的电流分配，并允许多数电流通过负载晶体管。这是晶体管用作电流跟随器的基本条件之一。

只要输出端的交流源电阻远大于发射极电阻，电流增益就可以达到 1。BJT 电流跟随器的电流增益为 1。

共基极作为电压放大器

共基极放大器也用作电压放大器。

根据共基极作为电流跟随器，高输出电阻允许多数电流通过负载晶体管。这是共基极用作电流跟随器的理想条件。但在电压情况下，高输出电阻并不是输出端进行分压的理想条件。电压增益可以根据小负载和大的阻抗值来计算。在大的阻抗情况下，电压增益取决于负载电阻和输入电阻（RL/Rs）的比值。

如上所述，如果交流源被戴维宁电压源取代，则共基极晶体管作为电压放大器开始表现得像电流跟随器。

应用

共基极的应用如下

• 它通常用于需要低输入阻抗的放大器，例如麦克风。
• 它用于非常高频和超高频放大器，因为在高频下它的性能更好。这是由于输入-输出阻抗和高电压放大。
• 它用于阻抗匹配。如果电路的输入电阻很高，共基极会提供低输出电阻。这被称为阻抗匹配。

示例

让我们基于共基极 BJT 放大器讨论一个例子。

示例：共基极晶体管的配置如下所示

求电路的电压增益、输入阻抗和输出阻抗。假设晶体管是理想的。

解决方案

电压增益

电压增益由下式给出

输出电压/输入电压

由于给定的晶体管是理想的，我们假设输入和输出电流相等。因此，电压增益为

Av = (1 k 欧姆) || (100 K 欧姆) / Re

Av = 990 欧姆 / 52 欧姆

Av = 19.03 或 19

增益是无量纲量，因此没有单位。

输入阻抗

可以使用以下公式计算输入阻抗

I_E = V_I/r_e

Ie = 0.5 mA = 0.5 x 10^-3A

Vt 或阈值电压 = 26Mv = 26 x 10^-3V

所以，

Re = V/Ie

Re = 26 x 10^-3V / 0.5 x 10^-3A

Re = 52 欧姆

这是输入端（即发射极区域）的电阻。

晶体管的输入阻抗是发射极区域的电阻 = Re = 52 欧姆。

输出阻抗

输出阻抗是连接在晶体管输出端的电阻器的等效电阻值。输出端连接有两个电阻。因此，输出阻抗为

Zo = (1 k 欧姆) || (100 K 欧姆)

Zo = 1 x 100 / (1 + 100) K 欧姆

Zo = 100/101 k 欧姆

Zo = 0.990 k 欧姆

Zo = 0.990 x 1000 欧姆

Zo = 990 欧姆