這裡“基本組態”是指電晶體在應用中的基本使用方式。由於電晶體(BJT和FET)都是三端器件,則在電路應用中可以有三種接地方式(即三種基本組態)。
對於BJT,三種基本組態就是:基極接地(共基極,CB),發射極接地(共發射極,CE)和集電極接地(共集電極,CC)。
對於FET,同樣有這對應的三種基本組態,其中以共源組態和共柵組態用得最多。
下面就從器件物理概念出發來定性地說明BJT的三種基本組態的主要效能。
(1)輸入電阻和輸出電阻:
對於放大應用的BJT,由於發射結和集電結分別是正偏和反偏的,則在E-B之間所呈現出的電阻很小,而在C-B之間的電阻很大。因此,BJT的三種接地方式的輸入(交流)電阻和輸出(交流)電阻也將相應地有所不同;基極接地組態和發射結接地組態的輸入電阻較低、輸出電阻較高,而集電極接地組態的輸入電阻很高、輸出電阻很低。
如果再考慮到Early效應的影響,則CB組態和CE組態的輸出電阻以及輸入電阻還將有所不同。Early效應對CE組態和CC組態的輸出電阻的影響大、而對輸入電阻的影響小;Early效應對CB組態的輸出電阻的影響小、而對輸入電阻的影響大。因此,CE組態的輸出(交流)電阻較小於CB組態,而CB組態的輸入(交流)電阻較小於CE組態,CC組態的輸入電阻最大、輸出電阻最小。一般,CB組態、CE組態和CC組態的輸入交流電阻分別為1Ω-100Ω、100Ω-10kΩ和10kΩ-100kΩ;CB組態、CE組態和CC組態的輸出交流電阻分別為100kΩ-10MΩ、1kΩ-100kΩ和1Ω-100Ω。
由於BJT的CB組態和CE組態的輸出電阻很大(理想BJT的為∞),則在需要高增益的差分放大器等電路中,可把BJT作為所謂有源負載使用,以提供高阻值的負載電阻。因為一個BJT的面積要遠小於高阻值電阻所需要佔用的芯片面積,所以在IC中BJT的這種用法具有重大的價值。
(2)輸入與輸出訊號相位的關係:
BJT在不同接地方式中也將不一樣。除了在CE組態中為反相以外,在其他兩種組態中均為同相。因此,CE組態的電路也稱為反相電路或者反相器。
(3)電流放大係數:
對於CB組態,因為輸出的集電極電流≈輸入的發射極電流,故它的直流短路電流增益總是小於1(最大是接近1),即無電流增益。正因為該組態的輸出電流?輸入電流,故有時也稱CB組態為電流跟隨器。CB組態雖然沒有電流增益,但是由於其輸出電阻很高,可接上較大的負載電阻,則在負載電阻上獲得很高的輸出電壓,因此有一定的電壓增益,並且其頻率響應特性又較好,所以在某些放大電路中仍被廣泛採用。
對於CE組態,因為從基極輸入的電流很小,而輸出的集電極電流很大(≈發射極電流),故這種組態的直流電流增益(b)遠大於1。因此,BJT的發射極接地組態既有電流增益、又有電壓增益,則總的功率增益較大,故這種組態在放大電路中用得較多。
對於CC組態,基極是訊號輸入端,發射極是訊號輸出端,則輸出的發射結電流要比輸入的基極電流大得多,因此具有較大的電流放大係數(略大於CE組態的b)。可見,CC組態的電流放大係數,同CE組態一樣,都比較高。然而,CC組態由於其輸入電阻很高、輸出電阻很低,則其輸出電壓一定不會太高,因此,集電極接地組態的電壓增益必將很小,近似為1(但小於1);這也就意味著,輸出電壓接近輸入電壓——電壓跟隨(並且相位不變)。因此,CC組態的電路也往往稱為電壓跟隨器(或射極跟隨器)。
CC組態雖然沒有電壓增益,但是由於它具有較大的電流增益和輸入電阻很高、輸出電阻很低、以及輸出電壓與輸入電壓同相等特點,所以它在電路中得到了廣泛的應用。因為CC組態具有很好的電壓跟隨性質,故它常常用在多級放大電路中作為緩衝級,以進行阻抗變換。CC組態的輸入電阻很高,就使得它具備有較強的從訊號源(或前級)獲取有效訊號的能力(可減小在訊號源內阻上的衰減),故用於輸入級是很有益的。該組態的輸出電阻很低,即可減小負載變動對電壓增益的影響,故用於輸出級也是很有好處的。
(4)頻率特性:
從勢壘電容的影響上來看,即可瞭解BJT三種基本組態的頻率特性的差異。對於CB組態,發射結勢壘電容是其輸入電容,將會直接影響到BJT的工作頻率,但是由於該組態的輸入電阻很小,則輸入電容的充放電時間常數很短,因此發射結勢壘電容對BJT工作頻率的影響必然很小;而且集電結勢壘電容是在輸出端,與輸入端沒有直接聯絡,則這個電容也不會影響BJT的工作頻率,從而CB電路的頻率響應特性較好。可見,CB組態的增益雖然不大(只有電壓增益,而無電流增益),但是它卻具有頻率特性較好的優點。因此在高頻或者寬頻帶電路中,當要求穩定性較高時,BJT就常常採用CB組態。
對於CE組態,由於其輸入電阻一般要比CB組態的要高一些,則發射結勢壘電容對工作頻率有一定的影響;而且集電結勢壘電容是跨接在輸出端與輸入端之間的電容,屬於密勒(Miller)電容,它將嚴重地影響到頻率響應特性。因此,BJT的CE組態的工作頻率較低。可見,CE組態具有增益大(電流增益、電壓增益和功率增益都較大)的優點,但是其頻率特性較差,所以CE組態一般是用在低頻放大電路中。
對於CC組態,因為其輸入電阻很高,而且集電結勢壘電容就是輸入電容,同時發射結勢壘電容也是Miller電容,因此BJT這種組態的頻率響應特性較差。但是,由於CC組態的電流增益較大、電壓跟隨特性優良,所以並不因其頻率特性較差而影響到它作為射極跟隨器的廣泛使用。