O Amplificador Base Comum é outro tipo de transistor de junção bipolar, (BJT) configuração onde o terminal base do transistor é um terminal comum aos sinais de entrada e saída, daí o seu nome base comum (CB). A configuração de base comum é menos comum como amplificador do que as configurações mais populares de emissor comum, (CE) ou coletor comum, (CC) mas ainda é usada devido às suas características únicas de entrada/saída.
Para a configuração de base comum funcionar como amplificador, o sinal de entrada é aplicado ao terminal emissor e a saída é retirada do terminal coletor. Assim a corrente do emissor é também a corrente de entrada, e a corrente do coletor é também a corrente de saída, mas como o transistor é um dispositivo de três camadas, duas pn-junção, ele deve ser corretamente enviesado para que ele funcione como um amplificador base comum. Essa é a junção base-emissor é polarizada para frente.
Configuração básica do amplificador base comum abaixo.
Amplificador base comum usando um Transistor NPN
>Então podemos ver a partir da configuração base comum básica que as variáveis de entrada se relacionam com o IE da corrente do emissor e a tensão do emissor base, VBE, enquanto as variáveis de saída se relacionam com o IC da corrente do coletor e a tensão da base do coletor, VCB.
Desde a corrente do emissor, IE também é a corrente de entrada, qualquer mudança na corrente de entrada criará uma mudança correspondente na corrente do coletor, IC. Para uma configuração de amplificador base comum, ganho de corrente, Ai é dado como iOUT/iIN que por sua vez é determinado pela fórmula IC/IE. O ganho de corrente para uma configuração CB é chamado Alpha, ( α ).
Num amplificador BJT a corrente do emissor é sempre maior que a corrente do coletor como IE = IB + IC, o ganho de corrente (α) do amplificador deve portanto ser menor que um (unidade) já que IC é sempre menor que IE pelo valor de IB. Assim o amplificador CB atenua a corrente, com valores típicos de alfa entre 0,980 e 0,995.
A relação elétrica entre as três correntes transistor pode ser mostrada para dar as expressões para alfa, α e Beta, β como mostrado.
Ganho de corrente do amplificador de base comum
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Por isso se o valor Beta de um transistor de junção bipolar padrão é 100, então o valor de Alfa seria dado como: 100/101 = 0.99.
Ganho de Tensão do Amplificador de Base Comum
Desde que o amplificador de base comum não pode operar como um amplificador de corrente (Ai ≅ 1), ele deve portanto ter a capacidade de operar como um amplificador de tensão. O ganho de voltagem para o amplificador base comum é a relação de VOUT/VIN, ou seja, a voltagem do coletor VC para a voltagem do emissor VE. Em outras palavras, VOUT = VC e VIN = VE.
como a tensão de saída VOUT é desenvolvida através da resistência do coletor, RC, a tensão de saída deve portanto ser uma função do IC a partir da Lei de Ohms, VRC = IC*RC. Portanto, qualquer alteração no IE terá uma alteração correspondente no IC.
Então podemos dizer para uma configuração de amplificador base comum que:
Como o IC/IE é alfa, podemos apresentar o ganho de tensão dos amplificadores como:
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>>
Por isso o ganho de tensão é mais ou menos igual à relação entre a resistência do colector e a resistência do emissor. No entanto, existe uma única junção pn-diodo dentro de um transistor de junção bipolar entre a base e os terminais emissores dando origem ao que é chamado de resistência dinâmica dos transistores emissores, r’e.
Para sinais de entrada AC a junção do diodo emissor tem uma resistência eficaz de pequeno sinal dada por: r’e = 25mV/IE, onde 25mV é a tensão térmica da função pn- e IE é a corrente emissora. Assim como a corrente que flui através do emissor aumenta, a resistência do emissor irá diminuir proporcionalmente.
Algumas das correntes de entrada fluem através desta resistência interna de junção base-emissor para a base, bem como através da resistência do emissor conectada externamente, RE. Para análise de sinais pequenos estas duas resistências estão ligadas em paralelo uma à outra.
Desde que o valor de r’e é muito pequeno, e RE é geralmente muito maior, geralmente na faixa dos kilohms (kΩ), a magnitude do ganho de tensão dos amplificadores muda dinamicamente com diferentes níveis de corrente emissora.
Assim se RE ≫ r’e então o verdadeiro ganho de voltagem do amplificador de base comum será:
Porque o ganho de corrente é aproximadamente igual a um como IC ≅ IE, então a equação de ganho de voltagem simplifica para apenas:
Então se, por exemplo, 1mA de corrente estiver fluindo através da junção emissor-base, sua impedância dinâmica seria 25mV/1mA = 25Ω. O ganho de volt, AV para uma resistência de carga do colector de 10kΩ seria: 10.000/25 = 400, e quanto mais corrente fluir através da junção, menor será sua resistência dinâmica e maior será o ganho de tensão.
Likewise, quanto maior o valor da resistência de carga maior será o ganho de tensão dos amplificadores. No entanto, um circuito amplificador de base comum seria improvável de usar um resistor de carga maior do que cerca de 20kΩ com valores típicos de ganho de tensão de cerca de 100 a 2000, dependendo do valor de RC. Note que o ganho de potência dos amplificadores é aproximadamente o mesmo que o seu ganho de voltagem.
Como o ganho de voltagem do amplificador base comum é dependente da relação destes dois valores resistivos, segue-se que não há inversão de fase entre o emissor e o colector. Assim as formas de onda de entrada e saída são “em fase” uma com a outra mostrando que o amplificador base comum é configuração de amplificador não-invertente.
Ganho de Resistência do Amplificador Base Comum
Uma das características interessantes do circuito do amplificador base comum é a relação de suas impedâncias de entrada e saída dando origem ao que é conhecido como Ganho de Resistência dos amplificadores, a propriedade fundamental que torna a amplificação possível. Vimos acima que a entrada está ligada ao emissor e a saída retirada do colector.
Entre o terminal de entrada e o terminal de terra existem dois caminhos resistivos paralelos possíveis. Uma através da resistência do emissor, RE à terra e a outra através do r’e e e do terminal de base à terra. Assim podemos dizer que olhando para o emissor com a base aterrada isso: ZIN = RE||r’e.
Mas como a resistência dinâmica do emissor, r’e é muito pequena comparada com RE (r’e≪RE), a resistência dinâmica interna do emissor, r’e domina a equação resultando em uma baixa impedância de entrada aproximadamente igual a r’e
Então para a configuração de base comum a impedância de entrada é muito baixa e dependendo do valor da impedância da fonte, RS conectado ao terminal emissor, os valores da impedância de entrada podem variar entre 10Ω e 200Ω. A baixa impedância de entrada do circuito amplificador de base comum é uma das principais razões para suas aplicações limitadas como um amplificador de estágio único.
A impedância de saída do amplificador CB, entretanto, pode ser alta dependendo da resistência do coletor usado para controlar o ganho de tensão e a resistência de carga externa conectada, RL. Se uma resistência de carga estiver conectada através do terminal de saída do amplificador, ela é efetivamente conectada em paralelo com a resistência do coletor, então ZOUT = RC||RL.
Mas se a resistência de carga externa conectada, RL, for muito grande comparada à resistência do coletor RC, então RC dominará a equação paralela, resultando em uma impedância de saída moderada ZOUT, tornando-se aproximadamente igual a RC. Então, para uma configuração base comum, sua impedância de saída olhando de volta para o terminal do coletor seria: ZOUT = RC.
Como a impedância de saída do amplificador olhando para dentro do terminal coletor pode ser potencialmente muito grande, o circuito base comum opera quase como uma fonte de corrente ideal pegando a corrente de entrada do lado de baixa impedância de entrada e enviando a corrente para o lado de alta impedância de saída. Assim, a configuração do transistor base comum também é referida como: buffer de corrente ou configuração do seguidor de corrente, e o oposto da configuração do coletor comum (CC) que é referida como um seguidor de tensão.
Amplificador de Base Comum Resumo
Vimos aqui neste tutorial sobre o Amplificador de Base Comum que ele tem um ganho de corrente (alfa) de aproximadamente um (unidade), mas também um ganho de tensão que pode ser muito alto com valores típicos variando de 100 a mais de 2000, dependendo do valor da resistência de carga do coletor RL usado.
Vimos também que a impedância de entrada do circuito amplificador é muito baixa, mas a impedância de saída pode ser muito alta. Dissemos também que o amplificador base comum não inverte o sinal de entrada por ser uma configuração de amplificador não-invertente.
Devido às suas características de impedância de entrada-saída, a disposição do amplificador base comum é extremamente útil em aplicações de áudio e radiofreqüência como buffer de corrente para combinar uma fonte de baixa impedância com uma carga de alta impedância ou como um amplificador de estágio único como parte de uma configuração em cascata ou multi-estágio onde um estágio do amplificador é usado para acionar outro.
