共基極

在電子學裡，**共基極**放大器是三個基本單級 BJT 放大器結構的其中一種，通常被使用於電流緩衝或電壓放大器。在這個電路中，射極作為輸入端，集極作為輸出端，基極為共用端（它可能接地，或是接到電源）。類似在場效電晶體電路的共閘極（common gate）。

## 簡化運算

當電流流入射極，會產生位能差導致電晶體可以傳導，在 BJT 電晶體上，藉集極傳導的電流會與電壓成正比，依偏壓和其他的結構而有所不同。

 
因此，若沒有電流流入射極，電晶體就不會傳導。

## 應用

這種佈置方式在低頻迴路上不是很常見，低頻迴路通常是給需要非常低的輸入阻抗的放大器用的，例如作為動圈式麥克風的前置放大器。然而，它在高頻放大器上卻很常見，例如在甚高頻和特高頻中，這是因為它的輸入電容不會受密勒效應影響（密勒效應會降低共射極配置的頻寬），亦因為其在輸入和輸出間相對高的絕緣性而受用。這麼高的絕緣性表示輸出端只會有很少的回饋回到輸入端，導致極高的穩定性。

這種配置作為電流緩衝器也很有用，因為它有大約一致的電流增益（current gain，公式見下）。通常一個普通的基底會以這種方式使用，其前為一個共發射極級（common-emitter stage）。這兩者自共源共柵（cascode）配置的組合有著幾個個別配置的優點，例如高輸入阻抗和絕緣。

## 低頻特性

在低頻和小信號的狀況下，第一條式子裡的迴路可以由第二式中的來代表，第二式中由雙極性電晶體的 Hybrid-pi model 運作。輸入訊號由戴維寧電壓源 vs 以及一系列電阻 Rs 表示，而負載是電阻器 RL。這迴路可以用來獲取接著的共基極放大器（common-base amplifier）的特性。

　
: **注意：**平行線（||）表示並聯的零件。

一般來說，總體電壓 / 電流增益因為負載效應而可能低於以下列出的斷路 / 短路增益甚多（依電源和負載電阻而定）。

### 主動負載

對電壓增幅器而言，如圖一所示，使用電阻 _RC_ 時，在這個增幅器所允許的輸出電壓範圍會緊跟著增加的電壓，也就是說，大的電壓增幅需要大的電阻 _RC_，進而暗示說，大的 DC 電壓會隨著電阻 _RC_ 而降低，假定提供一個電壓，它降得越多，在電晶體飽和發生而產生扭曲的輸出信號前，_VCB_ 越小且允許的輸出震盪也越小，為避免這種狀況，可以使用主動負載，例如：電流鏡，如果決定要使用電流鏡，上述表格 _RC_ 的值可以被主動負載的微訊號輸出電阻值所取代，而且通常至少與圖例一的主動電晶體的 _rO_ 一樣大，換句話說，在主動負載的降低 DC 電壓是一個固定低的值，(主動負載的恆流輸出電壓)，相較而言，比使用電阻 _RC_ 所降低的 DC 電壓少得多，也就是說，一個主動負載對輸出電壓震盪會有較少的限制，注意不論是否有主動負載，大的 AC 增幅依舊與大的 AC 輸出電阻有關連，除非 _RL >> Rout_，否則會導致很低的電壓分壓。

作為電流緩衝區使用，增幅並不會被 _RC_ 所影響，但輸出電阻會，由於輸出的電流分流，在緩衝區的輸出電阻比被驅動的負載 _RL_ 大得多是令人滿意的，所以大的信號電流可以被傳送給負載，如果電阻 _RC_ 被使用，如圖一所示，大的輸出電阻會與大的 _RC_ 相關聯，再次在輸出限制信號的震盪 (儘管電流被傳送給負載，通常進入負載的大電流信號，也暗示著，在負載上的大電壓震盪)，一個主動負載提供高 AC 電阻值，而對輸出信號的震盪振福較不會有嚴重的影響。

## 特徵總覽

以下會進行更加細節的應用範例說明，請觀看:

* 輸入共射極之節點的增幅器阻抗 _Rin_ 是非常小的，我們粗略的假設:

　
: : : $R_{in}=r_{E}={\begin{matrix}{\frac {V_{T}}{I_{E}}}\end{matrix}}$ ,

　
: : _VT_ 是一個熱當電壓而 _IE_ 是一個 DC 電流。

用一個相當典型的例子來看， _VT_=26mv, _IE_ =10 mA,_Rin_ = 2.6 Ω 如果 _IE_ 被降低並提高 _Rin_，就有以下後果需要考慮如：低轉移移電導、高輸出電阻和低 β。對這種低阻抗輸入電壓問題的一種解法是，在輸入端放置一個共基極形成鏈結增幅器。

* 因為阻抗輸入很低，大多數的來源信號比共基極增幅器 _Rin_ 的來源阻抗還要高，結果就是來源會傳送一個電流給輸入而非電壓，即使來源是電壓 (根據 Norton 定理，電流 _iin_ 約略等於 _vS / RS_)。如果輸出信號也是電流，那麼增幅器就是一個電流緩衝區並且傳送跟輸入一樣的電流，如果輸出是電壓，那這個增幅器就是轉阻放大器，並且傳送一個負荷阻抗的電壓，例如:_vout_ = _iin RL_ 的負載電阻 _RL_ 比增幅器輸出電阻 _Rout_ 要小的多，也就是說，電壓會在這個例子增加 (以下更加詳細的說明):

　
: : : $v_{out}=i_{in}R_{L}=v_{s}{\begin{matrix}{\frac {R_{L}}{R_{S}}}\end{matrix}}$ $\ \ $ $\rightarrow $ $A_{v}={\begin{matrix}{\frac {v_{out}}{v_{S}}}={\frac {R_{L}}{R_{S}}}\end{matrix}}$ .

注意：來源阻抗 _RS >> rE_，輸出阻抗會接近 _Rout_ = _RC_ || [ _gm_( _rπ_ || _RS_ ) _rO_ ].

* 以一個非常低的阻抗來源的例子而言，共基極增幅器並不會如同電壓增幅器運作，以下討論其中一個例子，在這個例子中 (以下更加詳細的描述)，當 _RS_ << _rE_ 而且 _RL_ << _Rout_，增加之電壓為:

　
: : : $A_{v}={\begin{matrix}{\frac {v_{out}}{v_{S}}}={\frac {R_{L}}{r_{E}}}\approx g_{m}R_{L}\end{matrix}}$ , 此處 _gm_ = _IC / VT_ 為轉移移電導，注意對低阻抗來源 _Rout = rO || RC_.

* 在混合 Pi 裡的 rO 的內含物會預測從增幅器輸出到輸入的逆向傳導，也就是說增幅器是_左右對稱_的，其中一個結果是，輸入 / 輸出阻抗會被負荷 / 來源 終止阻抗所影響，也因此，譬如輸出電阻 Rout，根據來源電阻 RS 可能會超過 _rO || RC_ ≤ _Rout_ ≤ (β + 1) _rO || RC_ 的範圍，當 rO 的忽略是正確的，增幅器可以單邊接近 (對低增益和低緩和負荷電阻是合理的)，可以簡化分析。這個約略值通常可以由謹慎的設計所取得，但在 RF 電路會較不準確，而且在整合電路設計中，主動負載會被正常使用。

### 電壓增幅器

對於被用作電壓增幅器的共基極電路，此電路請參考圖例二。

此輸出電阻很大，至少 _RC || rO_，這個值在低來源阻抗時會上升 (_RS << rE_)，我們不希望在一個電壓增幅器看到很大的輸出電阻，因為他會在輸出導致一個很低的分壓，儘管如此，負荷很低但增加的電壓仍然很相當可觀：根據表格，_RS = rE_ 時的增加是 _Av = gm RL / 2_，對一個很大的來源阻抗，增加的會由電阻比值 _RL / RS_ 所決定，而電晶體特性，對溫度的不靈敏和電晶體變化是一個重要的優勢，
另一個使用混合 - Pi 模型的計算的替代方案是，一個基於二埠網路的通用技術，例如：在一個電壓為輸出的應用中，一個 g - 等效二埠可以被選用來簡化，如同在輸出端使用電壓增幅器。

對 _rE_ 鄰近的值 _RS_，其在電壓增幅器和電流緩衝區是可轉變的，對 _RS_ >> _，如同 Thévenin source 的驅動器代表，可以被 Norton 來源所取代，共基極電路會停止表現像個電壓增幅器並表現像個電流隨耦器，如下所述。_

### 電流隨耦器

圖例三顯示共基極增幅器被用作電流隨耦器，電路訊號由一個在輸入的 AC Norton 來源所提供，(電流 _IS_, Norton 電阻 _RS_)，而此電路在輸出有個負載電阻 _RL_。

如先前所提到的，作為一個輸出電阻 _rO_ 的結果，這個增幅器是雙向的，它會將輸出連到輸入，在這個案例中，僅管在最糟的情形下，輸出電阻依舊很高，(對一個大的 _RS_ 而言，至少 _rO || RC_ 而且可以成為 _(β + 1) rO || RC_)，大的輸出電阻是一個電流來源的令人滿意的特性，因為合適的分壓會送多數的電流給負載，只要 _RS >> rE_，增加電流會近乎整合。

另一個分析技術是基於二埠網路，如：在一個電流為輸出的應用，一個 h - 等效二埠會被選擇，因為它在輸出埠使用電流增幅器。

## 參見

* 共汲極
* 共源極
* 差動放大器
* 混合 - Pi 模型
* 二埠網路

## 參考文獻

## 外部連結

* Basic BJT Amplifier Configurations
* NPN Common Base Amplifier（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） — HyperPhysics
* ECE 327: Transistor Basics （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） — Gives example common-base circuit (i.e., current source) with explanation.