晶体管放大电路的基础是在上一节介绍的共发射极放大电路。然而,该电路有一些缺点,如输出阻抗高,容易受到作为负载所接的电路的影响。因此,在构成实际放大电路时,必须对输出进行强化,即降低输出阻抗。
由此而引入本章所要介绍的射极跟随器(EmitterFollower)。
所谓射极跟随器,简单地讲,就是发射极跟随着输入信号(基极电位)进行工作的意思。由于输出阻抗低,射极跟随器可用在驱动电机和扬声器等阻抗低的负载电路上。
1.射极跟随器波形
图3.1表示射极跟随器的电路图。与在第2章所示的共发射极放大电路不同之处,在于信号是从发射极取出的,且没有集电极负载电阻Rc(该电阻在共发射极电路中是决定放大度的重要的电阻)。
在射极跟随器的情况下,因为没有从集电极取出信号,所以没有必要在集电极上接入电阻。虽然接入电阻也能进行工作,但由集电极电流产生的压降都变为损
耗(浪费),故而取消集电极电阻。
在图3.1的电路中,输入1kHz、5V。的正弦波时的输入输出波形表示在照片3.1中。由照片3.1可知,输出的振幅和相位与输入的相同(A.=1)。
照片3.2是与晶体管的基极电位的波形。Vb的波形是在7.2V的基极偏置电压上重叠上振幅和相位与完全相同的交流成分。
然而,接在射极跟随器的负载电阻Rl从交流的角度来看如图3.2所示,是并联接在发射极电阻Re上的。所以改变Rl值与改变Re的值是一样的。
另一方面,由照片3.3可知,发射极电位ve仅由基极电位vb来决定(ve=vb-0.6V),与Re的值无关。因此,为交流成分的输出信号Vo也与R的值无关。总之,即使改变负载电阻的值,输出电压V0也总是一定的(为vi),所以可以认为射极跟随器的输出阻抗几乎为0。
重点来了：射极跟随器输出阻抗几乎为零
2.射极跟随器的输入输出阻抗
设输人信号u=5V，用第2章图2.14的同样方法,令Rs=5k,此时vs与动的波形表示在照片3.5中。
看一下照片就知道,Vi=2.5V。,为VS的1/2。所以电路的输入阻抗Z为5kΩ。这个值就是R1与R2相并联连接的值。
另一方面,照片3.6表示在输出端接上1k的负载电阻时的输人输出波形。
在共发射极放大电路中,在输出端接上负载,则输出被电路的输出阻抗(集电极电阻本身)与负载分压,可以看成增益下降。但在射极跟随器的情况下,即使接上负载也不发生这样的输出电压变化(增益仍为1)。总之,射极跟随器的输出阻抗为0(若严格地计算,则为数欧)。
因此,射极跟随器电路经常接在共发射极和共基极等放大电路的后级,其目的是降低输出阻抗。
3.推挽型射极跟随器
图3.7是称为推挽射极跟随器的电路,它是为了改善上述的缺点,将发射极负载电阻换成用PNP型晶体管的射极跟随器的电路。
由于上侧的NPN晶体管将电流“吐”出给负载(推),PNP晶体管“吸”进电流(挽)，所以称为推挽(push-pull)。
照片3.9是图3.7电路接上100负载时的输入输出波形。由照片可知，尽管取出士20mA(=士2V/1002)的电流,输出波形仍没有截去。但是在输出波形的中央附近,存在正弦波上下侧没有连接上的部分,这称为开关失真或交叉失真。
该失真的原因在于晶体管的偏置方法。图3.7电路的两个晶体管的基极连在一起,所以基极电位是相同的。输人信号在0V附近时,基极-发射极间没有电位差,故没有基极电流的流动。这就是说,晶体管双方都截止(没有工作)。
即使在基极加上输人信号,直到上侧品体管(NPN)的基极电位比发射极高0.6V都不工作。相反,下侧晶体管(PNP)的基极电位直到比发射极低0.6V也不工作。
因此,图3.7的电路如照片3.9所示,在波形的中央部分就产生士0.6V的盲区。
但是,该电路在没有输入信号时,两个晶体管都截止,所以空载电流为0,它有晶体管不发热的优点(电路的效率高)。
4.改进后的推挽型射极跟随器
图3.8是对图3.7电路的开关失真进行改进后的电路。用二极管在各个品体管的基极上加上0.6V的补偿电压(二极管的正向压降)以取消晶体管的盲区。
照片3.10是接上1000负载后的输人输出波形。可以知道,开关失真已消失.
该电路是用两个二极管的压降抵消两个晶体管的基极-发射极间电压V(基极-发射间的二极管为ON与OFF的交界状态)。所以可以认为,品体管的空载电流几乎为0。因此无信号时,也没有品体管的发热问题。电路的效率也与图3.7电路一样。
5.使用正负供电的推挽型射极跟随器
图3.19是使用正负电源的推挽型射极跟随器。
该电路是将图3.8所示的推挽射极跟随器进行双电源化后的电路。由于进行了双电源化,输人端的直流电位为0V。
此外,利用基极偏置电路的二极管,将品体管的V进行抵消,所以输出端的直流电位也为0V。因此,在输入输出端都可以取消耦合电容。同样地也可以处理直流信号,能够不产生开关失真且高效地驱动阻抗低的负载,所以可以用在驱动电机和各种传动装置的电路上。
该电路的设计方法是选择符合输入输出电流的晶体管(使用在数据表列出的互补对–即特性一致的NPN与PNP的对管)和在偏置电路上晶体管的基极电流(最大输出电流的1/hr),并使该电流按可以忽略的大小那样来进行流动。
如设正负电源电压的绝对值相等,输入端的直流电位为0,则由电源电压减去二极管的V之后的电压加在了电阻上,所以基极偏置电流由该电阻值来决定。
严格进行考虑,该电路的输入输出端的直流电位不为0。在输入端,正负电源电压的绝对值不同,输入端的电位就偏离0V。如所用的两只二极管的V值不同，则在输出端就会出现它们的差值。
另外,虽然用二极管将晶体管的V相互抵消,但因V与V不是完全相同(因不是相同的器件),所以在输出端(正确地说)也应该不是OV。因此,该电路的用途不是面向处理直流信号的。
这一集我们先学习到这里，后面我们继续。
