1.5晶体管的不同配置

在本晶体管教程中，我们将学习晶体管的不同配置。由于双极型晶体管（BJT）是一个三端器件，因此BJT晶体管可以有三种不同的配置。理解这些不同的晶体管配置将有助于你更好地实现应用。

引言

我们知道晶体管通常有三个端子：发射极（E）、基极（B）和集电极（C）。但在电路连接中，我们需要四个端子，两个用于输入，另外两个用于输出。为了解决这个问题，我们使用一个端子作为输入和输出的公共端。

利用这一特性，我们构建电路，这些结构称为晶体管配置。通常晶体管有三种不同的配置：共基极（CB）配置、共集电极（CC）配置和共发射极（CE）配置。

这三种不同配置的晶体管在增益方面的行为如下：

• 共基极（CB）配置：无电流增益，但有电压增益
• 共集电极（CC）配置：有电流增益，但无电压增益
• 共发射极（CE）配置：有电流增益和电压增益

下面我们将讨论这三种不同的晶体管配置及其输入和输出特性。

共基极配置

在这种配置中，我们使用基极作为输入和输出信号的公共端。配置名称本身就表明了公共端。这里输入信号施加在基极和发射极之间，相应的输出信号在基极和集电极之间获取，基极接地。这里的输入参数是 $V_{EB}$ 和 $I_E$，输出参数是 $V_{CB}$ 和 $I_C$。流入发射极端子的输入电流必须高于基极电流和集电极电流才能使晶体管工作，因此输出集电极电流小于输入发射极电流。

这种配置的电流增益通常等于或小于1。输入和输出信号在此配置中是同相的。这种类型的放大器电路配置称为非反相放大器电路。这种配置电路的构建较困难，因为这种配置具有高电压增益值。

这种配置的输入特性类似于受光照的光电二极管的特性，而输出特性则类似于正向偏置的二极管。这种晶体管配置具有高输出阻抗和低输入阻抗。这种配置具有高电阻增益，即输出电阻与输入电阻的比值较高。这种配置的电压增益由下式给出：

$A_V = \frac{V_{out}}{V_{in}} = \frac{I_C R_L}{I_E R_{in}}$

共基极配置的电流增益为：

$\alpha = \frac{I_C}{I_E}$

共基极电路主要用于单级放大器电路，如麦克风前置放大器或射频放大器，因为它们具有高频率响应。

输入特性

输入特性是在输出电压恒定下，输入电流与输入电压之间的关系。首先保持输出电压 $V_{CB}$ 恒定，改变输入电压 $V_{EB}$ 在不同点，然后在每个点记录输入电流$I_E$ 的值。在不同的输出电压水平下重复相同的过程。现在用这些值绘制 $I_E$ 和 $V_{EB}$ 之间的图。下图显示了共基极配置的输入特性。计算输入电阻 $R_{in}$ 的方程如下：

$R_{in} = \frac{V_{EB}}{I_E} \quad (\text{当 } V_{CB} \text{ 为常数时})$

输出特性

共基极配置的输出特性是在输入电流恒定下，输出电流与输出电压之间的关系。首先保持发射极电流恒定，改变 $V_{CB}$ 的值在不同点，现在记录每个点的 $I_C$ 值。在不同的 $I_E$ 值下重复相同的过程。最后我们需要在恒定的 $I_E$ 下绘制 $V_{CB}$ 和 $I_C$之间的图。下图显示了共基极配置的输出特性。计算输出电阻的方程如下：

$R_{out} = \frac{V_{CB}}{I_C} \quad (\text{当 } I_E \text{ 为常数时})$

共集电极配置

在这种配置中，我们使用集电极端子作为输入和输出信号的公共端。这种配置也称为射极跟随器配置，因为发射极电压跟随基极电压。这种配置主要用作缓冲器。这些配置由于其高输入阻抗而广泛用于阻抗匹配应用。

在这种配置中，输入信号施加在基极-集电极之间，输出从发射极-集电极之间获取。这里的输入参数是 $V_{BC}$和 $I_B$，输出参数是 $V_{EC}$ 和 $I_E$。共集电极配置具有高输入阻抗和低输出阻抗。输入和输出信号是同相的。这里发射极电流也等于集电极电流和基极电流之和。现在让我们计算这种配置的电流增益。

电流增益：

$A_i = \frac{I_E}{I_B} = \frac{I_C + I_B}{I_B} = \frac{I_C}{I_B} + 1 = \beta + 1$

共集电极晶体管电路如上所示。这种共集电极配置是一种非反相放大器电路。该电路的电压增益小于1，但它具有大的电流增益，因为该电路中的负载电阻同时接收集电极和基极电流。

输入特性

共集电极配置的输入特性与共基极和共发射极配置的输入特性有很大不同，因为输入电压 $V_{BC}$ 很大程度上由 $V_{EC}$ 水平决定。这里：

$V_{EC} = V_{EB} + V_{BC}, \quad V_{EB} = V_{EC} - V_{BC}$

共集电极配置的输入特性是在输出电压 $V_{EC}$ 恒定下，输入电流 $I_B$ 与输入电压 $V_{BC}$ 之间的关系。在不同的水平保持输出电压 $V_{EC}$ 恒定，改变输入电压 $V_{BC}$ 在不同点，并记录每个点的 $I_B$ 值。现在用这些值在恒定的 $V_{EC}$ 下绘制 $V_{BC}$ 和 $I_B$ 之间的图。

输出特性

共集电极电路的操作与共发射极电路相同。共集电极电路的输出特性是在输入电流 $I_B$ 恒定下，输出电压 $V_{EC}$ 与输出电流 $I_E$ 之间的关系。在共集电极电路的操作中，如果基极电流为零，则发射极电流也为零。因此，晶体管中没有电流流动。

如果基极电流增加，则晶体管工作在放大区，最后达到饱和区。为了绘制图，我们首先保持 $I_B$ 恒定，改变 $V_{EC}$ 的值在不同点，现在记录每个点的 $I_E$ 值。在不同的 $I_B$ 值下重复相同的过程。现在用这些值在恒定的 $I_B$ 值下绘制 $I_E$ 和 $V_{EC}$ 之间的图。下图显示了共集电极的输出特性。

共发射极配置

在这种配置中，我们使用发射极作为输入和输出的公共端。这种共发射极配置是一种反相放大器电路。这里输入施加在基极-发射极之间，输出在集电极和发射极端子之间获取。在这种配置中，输入参数是 $V_{BE}$ 和 $I_B$，输出参数是 $V_{CE}$ 和 $I_C$。

这种配置主要用于基于晶体管的放大器应用中。在这种配置中，发射极电流等于小的基极电流和大的集电极电流之和，即 $I_E = I_C + I_B$。我们知道在共基极配置中，集电极电流与发射极电流的比值给出电流增益 $\alpha$，类似地，在共发射极配置中，集电极电流与基极电流的比值给出电流增益 $\beta$。

现在让我们看看这两个电流增益之间的关系：

$\alpha = \frac{I_C}{I_E}, \quad \beta = \frac{I_C}{I_B}, \quad I_C = \alpha I_E = \beta I_B$

这种配置是所有三种配置中最常用的。它具有中等的输入和输出阻抗值。它还具有中等的电流和电压增益。但输出信号有180°的相移，即输入和输出彼此反相。

输入特性

共发射极配置的输入特性是在输出电压$V_{CE}$ 恒定下，输入电流 $I_B$ 与输入电压 $V_{BE}$ 之间的关系。保持输出电压 $V_{CE}$ 恒定，改变输入电压 $V_{BE}$ 在不同点，现在记录每个点的输入电流值。现在用这些值在恒定的 $V_{CE}$ 下绘制 $I_B$ 和 $V_{BE}$ 之间的图。计算输入电阻 $R_{in}$ 的方程如下：

$R_{in} = \frac{V_{BE}}{I_B} \quad (\text{当 } V_{CE} \text{ 为常数时})$

输出特性

共发射极配置的输出特性是在输入电流 $I_B$ 恒定下，输出电流 $I_C$ 与输出电压 $V_{CE}$ 之间的关系。保持基极电流 $I_B$ 恒定，改变输出电压 $V_{CE}$ 的值在不同点，现在记录每个点的集电极电流 $I_C$ 值。绘制 $I_C$ 和 $V_{CE}$ 之间的图，以获得共发射极配置的输出特性。从该图中计算输出电阻的方程如下：

$R_{out} = \frac{V_{CE}}{I_C} \quad (\text{当 } I_B \text{ 为常数时})$

晶体管配置总结

上表给出了晶体管在三种配置中的主要特性。BJT晶体管主要有三种配置：共发射极、共基极和共集电极配置。在所有这三种配置中，共发射极配置是最常用的类型。这三种配置对应于输入和输出信号具有不同的特性，并且这三种配置也有一些相似之处。