射极跟随器与阻抗变换

    7.4.5　射极跟随器与阻抗变换

    射极跟随器也称射极输出器，如图7.4-18所示。因为直流电源U_CC对交流信号相当于短路，因此集电极成为输入与输出的公共端，所以，该电路是共集电极放大电路。对射极跟随器的分析包括静态分析和动态分析。

    1.静态分析

    

    

    图7.4-18　射极距随器

    

    

    

    图7.4-19　射极距随器的小信号模型

    2.动态分析

    1)电压放大倍数

    首先画出该放大电路的小信号模型(如图7.4-19所示)，然后根据小信号模型就不难求出射极跟随器的电压放大倍数

    

    

    由式(7.4-15)可以看出，射极跟随器的电压放大倍数总是小于1，但由于(1+β)(R_E//R_L)＞＞

    r_be，电压放大倍数又接近于1，，因而输出电压总是跟随着输入电压变化，所以，该电路称为射极跟随器。

    显然，射极跟随器没有电压放大能力，它的特点主要体现在输入电阻和输出电阻方面。

    2)射极跟随器的输入电阻和输出电阻

    与共射极放大电路相同，同样可通过小信号模型求出。

    (1)输入电阻

    

    射极跟随器的输入电阻与负载情况有关。

    通常，电阻R_B的阻值很大，一般为取到10⁵欧姆以上，r_be、R_E数量级为10³，β的数量级为10²，因此，射极跟随器的输入电阻很高，可达几十千欧到百千欧。

    (2)输出电阻

    输出电阻r_o可由图7.4-18所示的小信号模型求取。

    将信号源短路，保留内阻R_S，输出端去掉负载电阻R_L，加上一交流电压，由此产生电流则射极跟随器的输出电阻为

    

    其中:=R_S//R_B。因为电阻r_be、R_S和R_E的数量级为10³，β的数量级为10²，所以，

    

    射极跟随器的输出电阻通常很小，仅有几十欧姆，甚至十几欧姆。

    例如，β=40，r_be=0.8kΩ，R_S=50Ω，R_B=120kΩ。由此得

    

    下面对射极跟随器做一总结:尽管射极跟随器无电压放大能力，但与具有较高电压放大倍数的共射极放大电路相比，其输入电阻较高、输出电阻较低。

    组织射极跟随器的主要目的是利用输入电阻较高、输出电阻较低特点实现放大电路阻抗的变换。

    

    

    图7.4-20　放大器示意图

    3)射极跟随器的阻抗变换

    任意一个放大器，相对信号源而言是负载，其大小为放大器的输入电阻，而放大器相对负载而言相当于等效电源，为负载提供电压，如图7.4-20所示。等效电源的内阻为放大器的输出电阻，电压源的电压为输出端的开路电压U_oK，其大小与输入端电压有关，即

    U_oK=|A_u|U_i

    由图可知:输入电阻r_i越大，放大器从信号源处获取的电压U_i越大;输出电阻越小，从负载电阻上获得输出电压越大，输出电压U_o与信号源电压U_S之间的关系如下:

    

    【例7.4-6】图7.4-21所示放大电路中，已知:u_S=1000tmV，R_S=1kΩ;射极跟随器的r_i1=20kΩ，开路电压放大倍数A_u1≈1，r_o1=50Ω;共射极放大器的r_i2=1kΩ，开路电压放大倍数A_u2=－100，r_o2=1kΩ;负载R_L=1kΩ。求输出电压U_o。

    

    

    图7.4-21　例7.4-6图

    解:

    (1)信号源、负载与共射极放大器直接相接，如图a)，负载获得电压为

    

    (2)在信号源与放大器及放大器与负载之间插入射极跟随器形成三级放大器，根据图b三级放大器可计算出

    输入电阻:r_i=r_i1=20kΩ

    输出电阻:r_o=r_o1=50Ω

    负载获得电压:

    

    可见，插入两个射极跟随器之后，①放大电路输出电压相对信号源的电压放大倍数变大了，从25倍→82.3倍，由此放大电路的输出电压变大为0.25V→0.82V;②增大了放大电路的输入电阻(1kΩ→20kΩ);③减小了放大电路的输出电阻(1kΩ→50Ω)，所以插入两个射极跟随器之后，在电压放大倍数下降有限的前提下，输入电阻被变大、输出电阻变小。这就是射极跟随器的阻抗变换作用。