A közös bázisú erősítő egy másik típusú bipoláris tranzisztor (BJT) konfiguráció, ahol a tranzisztor báziskapcsa közös a bemeneti és a kimeneti jelekkel, innen a közös bázis (CB) elnevezés. A közös bázis konfiguráció kevésbé gyakori erősítőként, mint a népszerűbb közös emitter, (CE) vagy közös kollektor, (CC) konfigurációkhoz képest, de még mindig használják az egyedi bemeneti / kimeneti jellemzői miatt.
A közös bázis konfiguráció erősítőként való működéséhez a bemeneti jelet az emitter terminálra kell alkalmazni, és a kimenetet a kollektor terminálról kell venni. Így az emitteráram egyben a bemeneti áram is, és a kollektoráram is a kimeneti áram, de mivel a tranzisztor egy háromrétegű, két pn-átmenetű eszköz, helyesen kell előfeszíteni ahhoz, hogy közös bázisú erősítőként működjön. Ez azt jelenti, hogy az alap-emitter átmenet előrefelé előfeszített.
A közös bázisú erősítő alapkonfigurációját az alábbiakban tekintjük át.
Common Base Amplifier using an NPN Transistor
Az alapvető common base konfigurációból látható, hogy a bemeneti változók az emitteráramra IE és a bázis-emitter feszültségre VBE, míg a kimeneti változók a kollektoráramra IC és a kollektor-bázis feszültségre VCB vonatkoznak.
Mivel az emitteráram, IE egyben a bemeneti áram is, a bemeneti áram bármilyen változása a kollektoráram, IC megfelelő változását eredményezi. Közös bázisú erősítő konfiguráció esetén az áramerősítés, Ai az iOUT / iIN értékével adódik, amelyet maga az IC / IE képlet határoz meg. A CB-konfiguráció áramerősítését alfának, ( α ) nevezik.
Egy BJT erősítőben az emitteráram mindig nagyobb, mint a kollektoráram, mivel IE = IB + IC, az erősítő áramerősítésének (α) ezért kisebbnek kell lennie, mint egy (egység), mivel az IC mindig kisebb, mint az IE az IB értékével. Így a CB erősítő csillapítja az áramot, az alfa tipikus értékei 0,980 és 0,995 között mozognak.
A három tranzisztoráram közötti elektromos kapcsolat megmutatható, hogy az alfa, α és béta, β kifejezések az ábrán látható módon adódjanak.
közös bázisú erősítő áramerősítés
Ezért ha egy szabványos bipoláris átmenetű tranzisztor béta értéke 100, akkor az alfa értéke a következőképpen adódik: 100/101 = 0,99.
közös bázisú erősítő feszültségerősítés
Mivel a közös bázisú erősítő nem működhet áramerősítőként (Ai ≅ 1), ezért feszültségerősítőként kell tudnia működni. A közös bázisú erősítő feszültségerősítése a VOUT/VIN, azaz a VC kollektorfeszültség és a VE emitterfeszültség hányadosa. Más szóval, VOUT = VC és VIN = VE.
mivel a VOUT kimeneti feszültséget a kollektor ellenállásán, RC-en keresztül fejlesztjük, a kimeneti feszültségnek ezért az Ohms-törvény szerint az IC függvényének kell lennie, VRC = IC*RC. Tehát az IE bármilyen változása az IC megfelelő változásával jár.
Ezután egy közös bázisú erősítő konfigurációra azt mondhatjuk, hogy:
Mivel az IC/IE alfa, az erősítők feszültségnyereségét így mutathatjuk be:
A feszültségerősítés tehát nagyjából egyenlő a kollektorellenállás és az emitterellenállás arányával. A bipoláris átmenetű tranzisztoron belül azonban egyetlen pn-dióda átmenet van az alap- és az emitterkapocs között, ami az úgynevezett dinamikus emitterellenállást, r’e-t eredményezi.
Váltakozó áramú bemeneti jelek esetén az emitterdióda átmenet effektív kisjelű ellenállása a következő: r’e = 25mV/IE, ahol a 25mV a pn-átmenet termikus feszültsége és IE az emitteráram. Tehát az emitteren átfolyó áram növekedésével arányosan csökken az emitter ellenállása.
A bemeneti áram egy része ezen a belső bázis-emitter átmenet ellenálláson keresztül folyik a bázisba, valamint a külsőleg csatlakoztatott emitter ellenálláson, RE-n keresztül. A kisjelű elemzéshez ezt a két ellenállást egymással párhuzamosan kapcsoljuk.
Mivel az r’e értéke nagyon kicsi, az RE pedig általában sokkal nagyobb, általában a kilohm (kΩ) tartományban van, az erősítő feszültségerősítésének nagysága dinamikusan változik az emitteráram különböző szintjeinél.
Ezért ha RE ≫ r’e, akkor a közös bázisú erősítő valódi feszültségerősítése:
Mivel az áramerősítés IC ≅ IE esetén megközelítőleg egyenlő eggyel, akkor a feszültségerősítés egyenlete egyszerűen leegyszerűsödik:
Így ha például 1mA áram folyik az emitter-bázis átmenetben, akkor annak dinamikus impedanciája 25mV/1mA = 25Ω lesz. A volt erősítés, AV 10kΩ kollektor terhelési ellenállás esetén a következő lenne: 10 000/25 = 400, és minél több áram folyik át a csomóponton, annál kisebb lesz a dinamikus ellenállása és annál nagyobb a feszültségnyereség.
Hasonlóképpen, minél nagyobb a terhelés ellenállásának értéke, annál nagyobb az erősítő feszültségnyeresége. Azonban egy gyakorlati közös bázisú erősítő áramkör nem valószínű, hogy körülbelül 20kΩ-nál nagyobb terhelő ellenállást használna, a feszültségnyereség tipikus értékei körülbelül 100 és 2000 között mozognak, az RC értékétől függően. Vegyük észre, hogy az erősítő teljesítménynyerése körülbelül megegyezik a feszültségnyerésével.
Mivel a közös bázisú erősítő feszültségnyerése e két ellenállásérték arányától függ, ebből következik, hogy az emitter és a kollektor között nincs fázisinverzió. Így a bemeneti és kimeneti hullámformák “fázisban” vannak egymással, ami azt mutatja, hogy a közös bázisú erősítő nem invertáló erősítő konfiguráció.
Common Base Amplifier Resistance Gain
A közös bázisú erősítő áramkör egyik érdekes jellemzője a bemeneti és kimeneti impedanciák aránya, ami az úgynevezett erősítő ellenállás-nyereséget eredményezi, az erősítést lehetővé tevő alapvető tulajdonságot. Fentebb láttuk, hogy a bemenet az emitterhez csatlakozik, a kimenet pedig a kollektorból származik.
A bemenet és a földkagyló között két lehetséges párhuzamos ellenállású útvonal van. Az egyik az emitter ellenállásán, RE-n keresztül a földre, a másik pedig r’e-n és a báziskapcson keresztül a földre. Így azt mondhatjuk az emitterbe nézve a bázis földelve, hogy: ZIN = RE||r’e.
De mivel a dinamikus emitter ellenállás, r’e nagyon kicsi az RE-hez képest (r’e≪RE), a belső dinamikus emitter ellenállás, r’e dominál az egyenletben, ami alacsony bemeneti impedanciát eredményez, amely körülbelül egyenlő az r’e-vel
A közös bázisú konfiguráció esetén tehát a bemeneti impedancia nagyon alacsony, és az emitter terminálhoz csatlakoztatott RS forrásimpedancia értékétől függően a bemeneti impedancia értéke 10Ω és 200Ω között lehet. A közös bázisú erősítő áramkör alacsony bemeneti impedanciája az egyik fő oka annak, hogy korlátozottan alkalmazható egyfokozatú erősítőként.
A CB erősítő kimeneti impedanciája azonban magas lehet a feszültségerősítés szabályozására használt kollektor ellenállástól és a csatlakoztatott külső terhelési ellenállástól, RL-től függően. Ha egy terhelő ellenállás van csatlakoztatva az erősítő kimeneti terminálján keresztül, akkor gyakorlatilag párhuzamosan van csatlakoztatva a kollektor ellenállással, akkor ZOUT = RC|||RL.
De ha a külsőleg csatlakoztatott terhelő ellenállás, RL nagyon nagy a kollektor ellenálláshoz képest RC, akkor RC dominál a párhuzamos egyenletben, ami egy mérsékelt ZOUT kimeneti impedanciát eredményez, ami körülbelül egyenlő lesz RC-vel. Ezután egy közös bázisú konfiguráció esetén a kimeneti impedanciája a kollektor terminálra visszanézve a következő lenne: ZOUT = RC.
Mivel az erősítő kimeneti impedanciája a kollektor terminálra visszanézve potenciálisan nagyon nagy lehet, a közös bázisú áramkör szinte úgy működik, mint egy ideális áramforrás, amely a bemeneti áramot az alacsony bemeneti impedancia oldaláról veszi, és az áramot a magas kimeneti impedancia oldalára küldi. Így a közös bázisú tranzisztorkonfigurációt úgy is nevezik, mint: árampuffer vagy áramkövető konfiguráció, és a közös kollektor (CC) konfiguráció ellentéte, amelyet feszültségkövetőnek neveznek.
Common Base Amplifier Összefoglaló
Láttuk itt ebben a közös bázisú erősítővel kapcsolatos bemutatóban, hogy az áramerősítés (alfa) körülbelül egy (egység), de a feszültségerősítés is nagyon magas lehet, jellemzően 100-tól több mint 2000-ig terjedő értékekkel, a használt RL kollektorterhelési ellenállás értékétől függően.
Azt is láttuk, hogy az erősítő áramkör bemeneti impedanciája nagyon alacsony, de a kimeneti impedancia nagyon magas lehet. Azt is mondtuk, hogy a közös bázisú erősítő nem invertálja a bemeneti jelet, mivel ez egy nem invertáló erősítő konfiguráció.
A bemeneti-kimeneti impedancia jellemzői miatt a közös bázisú erősítő elrendezés rendkívül hasznos audio- és rádiófrekvenciás alkalmazásokban, mint árampuffer, hogy egy kis impedanciájú forrást egy nagy impedanciájú terheléshez illesszen, vagy mint egyfokozatú erősítő egy kaszkódolt vagy többfokozatú konfiguráció részeként, ahol az egyik erősítőfokozatot egy másik meghajtására használják.
