共基极

在电子学里，共基极放大器是三个基本单级BJT放大器结构的其中一种，通常被使用于电流缓冲或电压放大器。在这个电路中，射极作为输入端，集极作为输出端，基极为共用端（它可能接地，或是接到电源）。类似在场效晶体管电路的共闸极（common gate）。

## 简化运算

当电流流入射极，会产生位能差导致晶体管可以传导，在BJT晶体管上，藉集极传导的电流会与电压成正比，依偏压和其他的结构而有所不同。

因此，若没有电流流入射极，晶体管就不会传导。

## 应用

这种布置方式在低频回路上不是很常见，低频回路通常是给需要非常低的输入阻抗的放大器用的，例如作为动圈式麦克风的前置放大器。然而，它在高频放大器上却很常见，例如在甚高频和特高频中，这是因为它的输入电容不会受密勒效应影响（密勒效应会降低共射极配置的带宽），亦因为其在输入和输出间相对高的绝缘性而受用。这么高的绝缘性表示输出端只会有很少的反馈回到输入端，导致极高的稳定性。

这种配置作为电流缓冲器也很有用，因为它有大约一致的电流增益（current gain，公式见下）。通常一个普通的基底会以这种方式使用，其前为一个共发射极级（common-emitter stage）。这两者自共源共栅（cascode）配置的组合有着几个个别配置的优点，例如高输入阻抗和绝缘。

## 低频特性

在低频和小信号的状况下，第一条式子里的回路可以由第二式中的来代表，第二式中由双极性晶体管的Hybrid-pi model运作。输入讯号由戴维宁电压源 vs 以及一系列电阻 Rs 表示，而负载是电阻器 RL。这回路可以用来获取接着的共基极放大器（common-base amplifier）的特性。

定义｜表达式｜近似表达式｜条件

开路电压增益｜${A_{v}} = \begin{matrix} {v_\mathrm{o} \over v_\mathrm{i}} \end{matrix} \Big|_{R_{L}=\infty}$｜$\begin{matrix} \frac {(g_m r_\mathrm{O}+1)R_C} {R_C+r_O} \end{matrix}$｜$\begin{matrix} g_m R_C \end{matrix}$｜$r_O \gg R_C$

短路电流增益｜$A_{i} = \begin{matrix} {i_\mathrm{o} \over i_\mathrm{i}} \end{matrix} \Big|_{R_{L}=0}$｜$\begin{matrix} \frac {r_{ \pi }+ \beta r_O} {r_{ \pi} +( \beta +1)r_O} \end{matrix} \begin{matrix} \end{matrix}$｜$1$｜$\beta \gg 1$

输入阻抗｜$R_\mathrm{in} = \begin{matrix} \frac{v_{i}}{i_{i}} \end{matrix}$｜$\begin{matrix} \frac {(r_O+R_C\|R_L)r_E} {r_O+r_E +\frac {R_C\|R_L} { \beta +1}} \end{matrix}$｜$r_E \left( \approx \frac {1}{g_m}\right)$｜$r_O \gg R_C\|R_L \ \ \left( \beta \gg 1 \right)$

输出阻抗｜$R_\mathrm{out} = \begin{matrix} \frac{v_{o}}{-i_{o}} \end{matrix} \Big|_{v_{s}=0}$｜$R_C \| \{[1+g_m (r_{\pi}\|R_S) ]r_O +(r_{\pi}\|R_S)\}$｜$R_C || r_O$ ; $R_C || \left[ (r_{ \pi}//R_S)(1+g_mr_O) \right]$｜$\ \ R_S \ll r_E$ ;$\ \ R_S \gg r_E$

注意：平行线（

）表示并联的零件。

一般来说，总体电压/电流增益因为负载效应而可能低于以下列出的断路/短路增益甚多（依电源和负载电阻而定）。

### 主动负载

对电压增幅器而言，如图一所示，使用电阻RC时，在这个增幅器所允许的输出电压范围会紧跟着增加的电压，也就是说，大的电压增幅需要大的电阻RC，进而暗示说，大的DC电压会随着电阻RC而降低，假定提供一个电压，它降得越多，在晶体管饱和发生而产生扭曲的输出信号前，VCB越小且允许的输出震荡也越小，为避免这种状况，可以使用主动负载，例如:电流镜，如果决定要使用电流镜，上述表格RC的值可以被主动负载的微讯号输出电阻值所取代，而且通常至少与图例一的主动晶体管的rO一样大，换句话说，在主动负载的降低DC电压是一个固定低的值，(主动负载的compliance voltage)，相较而言，比使用电阻RC所降低的DC电压少得多，也就是说，一个主动负载对输出电压震荡会有较少的限制，注意不论是否有主动负载，大的AC增幅依旧与大的AC输出电阻有关连，除非RL >> Rout，否则会导致很低的电压分压。

作为电流缓冲区使用，增幅并不会被 RC所影响，但输出电阻会，由于输出的电流分流，在缓冲区的输出电阻比被驱动的负载RL大得多是令人满意的，所以大的信号电流可以被传送给负载，如果电阻RC被使用，如图一所示，大的输出电阻会与大的RC相关联，再次在输出限制信号的震荡(尽管电流被传送给负载，通常进入负载的大电流信号，也暗示著，在负载上的大电压震荡)，一个主动负载提供高AC电阻值，而对输出信号的震荡振福较不会有严重的影响。

## 特征总览

以下会进行更加细节的应用范例说明，请观看:

- 输入共射极之节点的增幅器阻抗Rin是非常小的，我们粗略的假设:

$R_{in} = r_E = \begin{matrix} \frac {V_T} {I_E} \end{matrix}$,

VT是一个热当电压而IE是一个DC电流。

用一个相当典型的例子来看， VT=26mv, IE =10 mA,Rin = 2.6 Ω如果IE被降低并提高Rin，就有以下后果需要考虑如:低转移移电导、高输出电阻和低β。对这种低阻抗输入电压问题的一种解法是，在输入端放置一个共基极形成cascode增幅器。

- 因为阻抗输入很低，大多数的来源信号比共基极增幅器Rin的来源阻抗还要高，结果就是来源会传送一个电流给输入而非电压，即使来源是电压(根据Norton定理，电流iin 约略等于 vS / RS)。如果输出信号也是电流，那么增幅器就是一个电流缓冲区并且传送跟输入一样的电流，如果输出是电压，那这个增幅器就是转阻放大器，并且传送一个负荷阻抗的电压，例如:vout = iin RL的负载电阻RL比增幅器输出电阻Rout要小的多，也就是说，电压会在这个例子增加(以下更加详细的说明):

$v_{out} = i_{in} R_L = v_s \begin{matrix} \frac {R_L}{R_S} \end{matrix}$ $\ \ $ $\rarr$ $A_v =\begin{matrix}\frac {v_{out}}{v_{S}} = \frac {R_L}{R_S} \end{matrix}$.

注意:来源阻抗RS >> rE，输出阻抗会接近Rout = RC

RS ) rO .

- 以一个非常低的阻抗来源的例子而言，共基极增幅器并不会如同电压增幅器运作，以下讨论其中一个例子，在这个例子中(以下更加详细的描述)，当RS << rE 而且 RL << Rout，增加之电压为:

$A_v =\begin{matrix}\frac {v_{out}}{v_{S}} = \frac {R_L}{r_E} \approx g_m R_L\end{matrix}$,此处gm = IC / VT为转移移电导，注意对低阻抗来源Rout = rO

RC.

- 在混合Pi里的 rO的内含物会预测从增幅器输出到输入的反向传导，也就是说增幅器是左右对称的，其中一个结果是，输入/输出阻抗会被负荷/来源 终止阻抗所影响，也因此，譬如输出电阻Rout，根据来源电阻RS可能会超过 rO

RC ≤ Rout ≤ (β + 1) rO

RC的范围，当rO的忽略是正确的，增幅器可以单边接近(对低增益和低缓和负荷电阻是合理的)，可以简化分析。这个约略值通常可以由谨慎的设计所取得，但在RF电路会较不准确，而且在整合电路设计中，主动负载会被正常使用。

### 电压增幅器

<image>

对于被用作电压增幅器的共基极电路，此电路请参考图例二。

此输出电阻很大，至少RC

rO，这个值在低来源阻抗时会上升(RS << rE)，我们不希望在一个电压增幅器看到很大的输出电阻，因为他会在输出导致一个很低的分压，尽管如此，负荷很低但增加的电压仍然很相当可观:根据表格，RS = rE时的增加是Av = gm RL / 2，对一个很大的来源阻抗，增加的会由电阻比值RL / RS所决定，而晶体管特性，对温度的不灵敏和晶体管变化是一个重要的优势。

另一个使用混合-Pi模型的计算的替代方案是，一个基于二端口网络的通用技术，例如:在一个电压为输出的应用中，一个g-等效二端口可以被选用来简化，如同在输出端使用电压增幅器。

对rE邻近的值RS，其在电压增幅器和电流缓冲区是可转变的，对RS >>，如同Thévenin source的驱动器代表，可以被Norton来源所取代，共基极电路会停止表现像个电压增幅器并表现像个电流随耦器，如下所述。

### 电流随耦器

<image>

图例三显示共基极增幅器被用作电流随耦器，电路讯号由一个在输入的AC Norton来源所提供，(电流 IS, Norton 电阻 RS)，而此电路在输出有个负载电阻RL。

如先前所提到的，作为一个输出电阻rO的结果，这个增幅器是双向的，它会将输出连到输入，在这个案例中，仅管在最糟的情形下，输出电阻依旧很高，(对一个大的RS而言，至少rO

RC 而且可以成为(β + 1) rO

RC)，大的输出电阻是一个电流来源的令人满意的特性，因为合适的分压会送多数的电流给负载，只要RS >> rE，增加电流会近乎整合。

另一个分析技术是基于二端口网络，如:在一个电流为输出的应用，一个h-等效二端口会被选择，因为它在输出端口使用电流增幅器。

## 外部链接

- Basic BJT Amplifier Configurations
- NPN Common Base Amplifier — HyperPhysics
- ECE 327: Transistor Basics — Gives example common-base circuit (i.e., current source) with explanation.