基极自举电路

（段炳义）当我们需要高输入阻抗的晶体管电路时，往往采用射极输出器。图1a是一个射极输出器电路，不考虑偏置电阻R\(_{b1}\)、Rb2的分流作用时，其输入阻抗R＇i、的计算公式为

r\(_{be}\)为晶体管的输入电阻，约为1KΩ左右，R＇e=R\(_{e}\)‖RL（即R\(_{e}\)与RL并联）。如果晶体管的β=100，R\(_{e}\)、RL按图中所给的数字，通过计算可得R＇\(_{e}\)≈1KΩ，R＇i≈102KΩ。R＇\(_{i}\)比一般共发射极放大器的输入阻抗大得多。如果R＇i还嫌不够高，则可将两只晶体管接成复合管（有时称为达林顿管），如图2所示。复合管的总β值等于β\(_{1}\)·β2，因此图2电路的输入阻抗R＇\(_{i}\)更高，可达1MΩ以上。但是，要使晶体正常工作，就必须给管子选择一个合适的工作点，这就需要给晶体管的基极提供一定的偏流Ibo。通常I\(_{bo}\)是由直流偏置电路来提供的。图1和图2中的Rb1和R\(_{b2}\)就是它们的直流偏置电路，其中Rb2直接并联在输入端，R\(_{b1}\)虽然一端接晶体管基极，另一端接电源，但电源对交流信号来说，可近似地看成对地短路，因此Rb1也是并联在输入端的。这样，R\(_{b1}\)、Rb2就对输入的信号电流有一个分流作用，因而使射极输出器总输入阻抗R\(_{i}\)比Ri＇小得多。考虑到R\(_{b1}\)、Rb2的影响后，其输入阻抗R\(_{i}\)的计算公式就应该是

（见图1a的交流等效电路图1b）。如果把图1a的数据代入上式则得

足见R\(_{i}\)比R＇i小得多。

为了减小偏置电阻的分流作用，在一些射极输出器电路中，不采用R\(_{b1}\)、Rb2分压偏置电路，而只用一只阻值较大的R\(_{b1}\)，见图3。这样作虽然能使Ri的数值有所提高，但是效果并不很显著。例如，按图3中的数据计算结果，R\(_{i}\)也只有50KΩ左右。实际上为了使图3中管子的工作点与图1相同，Rb1的数值还应该小一些，这样R\(_{i}\)就更小了。

能不能把R\(_{b}\)的数值取得很大，使其对输入阻抗的影响减小，甚至可忽略不计呢？不能。因为Rb本身是偏置电路元件，它起着确定静态工作点和稳定工作点的作用。当采用图1所示的分压电路时，为了使基极电位稳定，总是要求流过R\(_{b2}\)的电流I远远大于基极偏流Ibo，一般取I≥（5～10）I\(_{bo}\)，这，基极电位便基本上决定于I，而受Ibo的影响很小。由于I的数值是稳定的，所以基极电位也是稳定的。假如R\(_{b}\)取值很大，将不能满足I》Ibo这个要求，R\(_{b}\)便起不到稳定工作点的作用了。当采用图3所示的偏置电路时，Ibo=\(\frac{E}{_{c}}\)-UbR\(_{b1}\)。如果Rb1取得很大，I\(_{bo}\)就会减小，以致使静态工作点偏低，晶体管不能正常工作。由此可见，为了使晶体管能够正常而稳定地工作，Rb的值不能取得过高。

怎样才能使射极输出器具有较高的输入阻抗，而偏置电阻的数值又不太大呢？为了解决这个问题，人们采用了所谓“自举电路”，见图4a。图4a在图1a电路的基础上增加了两个元件C和R\(_{b3}\)。这样便可得到较图1a电路高得多的输入阻抗。下面我们分析这个电路的工作原理。为了便于分析，我们画出图4a的交流等效电路图4b。图4b中，Rb＝R\(_{b1}\)‖Rb2,R＇\(_{e}\)=RL‖R\(_{e}\)。由图4b可见，电容C把输出电压U0全部反馈到R\(_{bl}\)、Rb2、R\(_{b3}\)的公共点A，当C取得足够大时，UA≈U\(_{0}\)。又由射极输出器的电压跟随特性可知，U0≈U\(_{i}\)，因此可得到Ui≈U\(_{A}\)。这一结论是很重要的，它表明电阻Rb3两端（即A、B两点）对交流来说，近似等电位，因此流过Rb3的输入信号电流i\(_{b3}\)≈0。我们知道，对信号源而言，只有Rb3的交流等效阻抗似近为无穷大时，才会有i\(_{b3}\)≈0。由此可见，增加了Rb3和C以后，偏置电路的分流作用便大大减小了，也就是电路的总输入阻抗R\(_{i}\)提高了。

下面我们分析R\(_{i}\)提高了多少。信号源Ui在图4b中引起两路输入电流；i\(_{b}\)和ib3。其中i\(_{b}\)=Ui-U\(_{0}\)rbe，i\(_{b3}\)=Ui-U\(_{0}\);Rb3。因为r\(_{be}\)=1KΩ，Rb3=100KΩ，r\(_{be}\)比Rb3小得多，所以i\(_{b}\)也就比ib3大得多，i\(_{b3}\)相对于ib来说可忽略不计。这样，整个电路的输入电流就可以近似地看成等于i\(_{b}\)。我们知道，输入阻抗就等于输入电压与输入电流之比，因此在图4中就有Ri≈\(\frac{U}{_{i}}\)ib。由于i\(_{b}\)就是晶体管的基极电流，所以Ri便可由下式求出：

式中R＇\(_{e}\)=Re‖R\(_{L}\)，Rb=R\(_{b1}\)‖Rb2。

由于R\(_{b}\)比R＇e大得多，所以

这就是本文开始谈到的，不考虑偏置电阻的分流作用时，射极输出器的输入阻抗R＇\(_{i}\)。

自举电路所以能够使输入阻抗大大提高，主要是利用了射极输出器的射极跟随特性和自举电容C的反馈作用，将基极电阻R\(_{b3}\)的A端电位举高到与它的B端电位近似相等，因此这种电路也叫作“基极自举电路”。

图4中电容C的容量要足够大，以保证U\(_{A}\)≈UE（U\(_{E}\)为发射极电位）。当最低工作频率为fL时，一般C≥10\(^{6}\)/2πf\(_{L}\)R＇e（微法）。从等效电路中可以看出，R\(_{b3}\)起着隔离Rb与晶体管基极的作用，R\(_{b3}\)越大，它对输入阻抗的影响就越小，因此Rb3应取得大些。但是晶体管的基极偏流还是要流过R\(_{b3}\)的，因此也不能太大。一般Rb3≥（3～10）R\(_{b1}\)‖Rb2。

基极自举电路常用在一些仪器、仪表和扩音机等需要高输入阻抗的地方。图5是JB－F1型晶体管毫伏表的输入电路。为了提高β值，采用了两只晶体管复合的办法。二极管D是保护晶体管用的。这个电路的输入电阻可达1MΩ以上。