共射極放大器
共射極放大器是放大電壓的主力——當你想把小電壓放大時就找它。訊號從基極「進」、從集極「出」,而射極是輸入與輸出共用(共同)的端點,名字便由此而來。它是三種 BJT 組態中唯一同時提供電壓增益與電流增益的,所以給出最多的原始功率增益。
它如何放大。基極上的微小晃動改變基-射電壓,進而大幅改變集極電流(這就是電晶體轉導在運作)。變動的集極電流流過集極電阻 Rc,依歐姆定律便在 Rc 上產生大的變動電壓——就是你放大後的輸出。當射極電阻對交流被旁路時,電壓增益約為 -gm 乘上 Rc,或等價地 -Rc/re,其中 re 是微小的內部射極電阻(每毫安電流約 25 歐姆)。具體數字:1 mA 時內部 re 約 25 歐姆,所以 Rc = 4.7 kΩ 時增益約 -4700/25 = -188。從基極看進去的輸入電阻約為 beta 乘上 re(數 kΩ),輸出電阻約等於 Rc 本身。
兩個特徵定義了它的性格。其一,它會「反相」:輸入升高時輸出降低,故增益帶負號——推入更多基極電流,集極就被拉低往地。其二,使它有用的高增益也使它敏感,所以實務上你幾乎總是用射極退化來馴服它(增益 = -Rc/Re)使其可預測,或用旁路電容接受高增益並忍受其變動性。共射極級是無數前級放大器的核心、分立式運放內部的增益級,也是每位電子學學生為了聽見訊號變大而第一個動手做的電路。
把 10 mV 峰值的正弦波餵入增益 -100 的共射極級,集極會得到 1 V 峰值的正弦波——但上下顛倒(輸入到達高峰時,輸出落到低谷)。把輸入推到 100 mV,輸出想擺 10 V;在 12 V 軌上做不到,於是峰值被削平。
大增益、反相輸出——共射極級的招牌特徵。
教科書增益 -gm 乘上 Rc 假設集極不驅動任何東西。一旦你把真實負載(或下一級的輸入電阻)並聯到 Rc 上,有效電阻與增益便下降。永遠要把負載算進去。