Amplificatorul cu bază comună este un alt tip de configurație a tranzistorului bipolar cu joncțiune (BJT) în care terminalul de bază al tranzistorului este un terminal comun atât pentru semnalul de intrare, cât și pentru cel de ieșire, de unde și denumirea de bază comună (CB). Configurația de bază comună este mai puțin obișnuită ca amplificator în comparație cu configurațiile mai populare de emițător comun (CE) sau colector comun (CC), dar este încă utilizată datorită caracteristicilor sale unice de intrare/ieșire.
Pentru ca configurația de bază comună să funcționeze ca amplificator, semnalul de intrare este aplicat la terminalul emițător, iar semnalul de ieșire este preluat de la terminalul colector. Astfel, curentul de emitor este, de asemenea, curentul de intrare, iar curentul de colector este, de asemenea, curentul de ieșire, dar, deoarece tranzistorul este un dispozitiv cu trei straturi și două joncțiuni pn, trebuie să fie polarizat corect pentru ca acesta să funcționeze ca amplificator cu bază comună. Adică joncțiunea bază-emitor este polarizată în sens direct.
Considerați configurația de bază a amplificatorului de bază comună de mai jos.
Amplificator de bază comună folosind un tranzistor NPN
Apoi putem vedea din configurația de bază de bază de bază comună că variabilele de intrare se referă la curentul emitor IE și tensiunea bază-emitor, VBE, în timp ce variabilele de ieșire se referă la curentul colector IC și tensiunea colector-bază, VCB.
Din moment ce curentul de emitor, IE este, de asemenea, curentul de intrare, orice modificare a curentului de intrare va crea o modificare corespunzătoare a curentului de colector, IC. Pentru o configurație de amplificator cu bază comună, câștigul de curent, Ai este dat de iOUT/iIN, care la rândul său este determinat de formula IC/IE. Câștigul de curent pentru o configurație CB se numește Alfa, ( α ).
Într-un amplificator BJT, curentul de emitor este întotdeauna mai mare decât curentul de colector, deoarece IE = IB + IC, câștigul de curent (α) al amplificatorului trebuie să fie, prin urmare, mai mic decât unu (unitate), deoarece IC este întotdeauna mai mic decât IE prin valoarea lui IB. Astfel, amplificatorul CB atenuează curentul, cu valori tipice ale lui alfa cuprinse între 0,980 și 0,995.
Relația electrică dintre cei trei curenți ai tranzistorului poate fi demonstrată pentru a obține expresiile pentru alfa, α și Beta, β, după cum se arată.
Câștig de curent al amplificatorului de bază comun
De aceea, dacă valoarea Beta a unui tranzistor bipolar cu joncțiune standard este 100, atunci valoarea lui Alfa va fi dată de formula:
: 100/101 = 0,99.
Câștig de tensiune al amplificatorului de bază comună
Din moment ce amplificatorul de bază comună nu poate funcționa ca un amplificator de curent (Ai ≅ 1), acesta trebuie, prin urmare, să aibă capacitatea de a funcționa ca un amplificator de tensiune. Câștigul de tensiune pentru amplificatorul de bază comună este raportul VOUT/VIN, adică tensiunea de colector VC la tensiunea de emitor VE. Cu alte cuvinte, VOUT = VC și VIN = VE.
Deoarece tensiunea de ieșire VOUT este dezvoltată pe rezistența colectorului, RC, tensiunea de ieșire trebuie să fie, prin urmare, o funcție de IC, conform legii lui Ohms, VRC = IC*RC. Așadar, orice modificare a IE va avea o modificare corespunzătoare a IC.
Atunci putem spune pentru o configurație de amplificator cu bază comună că:
Cum IC/IE este alfa, putem prezenta câștigul de tensiune al amplificatoarelor ca fiind:
Din acest motiv, câștigul de tensiune este mai mult sau mai puțin egal cu raportul dintre rezistența de colector și rezistența de emitor. Cu toate acestea, există o singură joncțiune pn-diodă în cadrul unui tranzistor bipolar cu joncțiune între terminalele de bază și emitor, ceea ce dă naștere la ceea ce se numește rezistența dinamică de emitor a tranzistorului, r’e.
Pentru semnalele de intrare în curent alternativ, joncțiunea diodă emitor are o rezistență efectivă la semnal mic dată de: r’e = 25mV/IE, unde 25mV este tensiunea termică a joncțiunii pn și IE este curentul de emitor. Deci, pe măsură ce curentul care trece prin emitor crește, rezistența emitorului va scădea proporțional.
O parte din curentul de intrare trece prin această rezistență internă a joncțiunii bază-emitor către bază, precum și prin rezistența emitorului conectată extern, RE. Pentru analiza semnalelor mici, aceste două rezistențe sunt conectate în paralel una cu cealaltă.
Din moment ce valoarea lui r’e este foarte mică, iar RE este, în general, mult mai mare, de obicei în intervalul kilohms (kΩ), magnitudinea câștigului de tensiune al amplificatoarelor se modifică dinamic cu diferite niveluri ale curentului de emitor.
Atunci, dacă RE ≫ r’e, atunci câștigul real de tensiune al amplificatorului cu bază comună va fi:
Pentru că câștigul de curent este aproximativ egal cu unu pe măsură ce IC ≅ IE, atunci ecuația câștigului de tensiune se simplifică la doar:
Atunci, dacă, de exemplu, prin joncțiunea emitor-bază trece 1mA de curent, impedanța sa dinamică ar fi de 25mV/1mA = 25Ω. Câștigul de volt, AV pentru o rezistență de sarcină a colectorului de 10kΩ ar fi: 10.000/25 = 400, și cu cât mai mult curent care circulă prin joncțiune, cu atât mai mică devine rezistența sa dinamică și cu atât mai mare este câștigul de tensiune.
În mod similar, cu cât este mai mare valoarea rezistenței de sarcină, cu atât mai mare este câștigul de tensiune al amplificatorului. Cu toate acestea, este puțin probabil ca un circuit practic de amplificator cu bază comună să folosească o rezistență de sarcină mai mare de aproximativ 20kΩ, valorile tipice ale câștigului de tensiune fiind cuprinse între aproximativ 100 și 2000, în funcție de valoarea lui RC. Rețineți că câștigul de putere al amplificatoarelor este aproximativ același cu câștigul său de tensiune.
Deoarece câștigul de tensiune al amplificatorului cu bază comună depinde de raportul dintre aceste două valori rezistive, rezultă, prin urmare, că nu există inversiune de fază între emitor și colector. Astfel, formele de undă de intrare și de ieșire sunt „în fază” una cu cealaltă, arătând că amplificatorul cu bază comună este o configurație de amplificator neinversor.
Câștigul de rezistență al amplificatorului cu bază comună
Una dintre caracteristicile interesante ale circuitului amplificatorului cu bază comună este raportul dintre impedanțele sale de intrare și de ieșire, dând naștere la ceea ce se numește câștigul de rezistență al amplificatorului, proprietatea fundamentală care face posibilă amplificarea. Am văzut mai sus că intrarea este conectată la emitor, iar ieșirea este preluată de la colector.
Între borna de intrare și cea de masă există două posibile căi rezistive paralele. Una prin rezistența emitorului, RE la masă și cealaltă prin r’e și terminalul de bază la masă. Astfel, putem spune, uitându-ne în emitor cu baza la masă, că: ZIN = RE|||r’e.
Dar cum rezistența dinamică a emițătorului, r’e, este foarte mică în comparație cu RE (r’e≪RE), rezistența dinamică internă a emițătorului, r’e, domină ecuația, rezultând o impedanță de intrare scăzută, aproximativ egală cu r’e
Din acest motiv, pentru configurația cu bază comună, impedanța de intrare este foarte scăzută și, în funcție de valoarea impedanței sursei, RS conectată la terminalul emițătorului, valorile impedanței de intrare pot varia între 10Ω și 200Ω. Impedanța de intrare scăzută a circuitului amplificator cu bază comună este unul dintre principalele motive pentru aplicațiile sale limitate ca amplificator cu un singur etaj.
Impedanța de ieșire a amplificatorului CB poate fi însă ridicată, în funcție de rezistența colectorului utilizată pentru a controla câștigul de tensiune și de rezistența de sarcină externă conectată, RL. Dacă o rezistență de sarcină este conectată la bornele de ieșire ale amplificatoarelor, aceasta este efectiv conectată în paralel cu rezistența colectorului, atunci ZOUT = RC||RL.
Dar dacă rezistența de sarcină externă conectată, RL, este foarte mare în comparație cu rezistența colectorului RC, atunci RC va domina ecuația paralelă, rezultând o impedanță de ieșire moderată ZOUT, devenind aproximativ egală cu RC. Apoi, pentru o configurație de bază comună, impedanța de ieșire a acestuia privind înapoi în terminalul colectorului ar fi: ZOUT = RC.
Deoarece impedanța de ieșire a amplificatorului care privește înapoi în terminalul colectorului poate fi potențial foarte mare, circuitul cu bază comună funcționează aproape ca o sursă de curent ideală care preia curentul de intrare de pe partea cu impedanță de intrare scăzută și trimite curentul pe partea cu impedanță de ieșire ridicată. Astfel, configurația tranzistorului cu bază comună este, de asemenea, denumită: configurație tampon de curent sau configurație cu urmăritor de curent și opusul configurației cu colector comun (CC), care este denumită urmăritor de tensiune.
Rezumat al amplificatorului cu bază comună
Am văzut aici, în acest tutorial despre amplificatorul cu bază comună, că acesta are un câștig de curent (alfa) de aproximativ unu (unitate), dar și un câștig de tensiune care poate fi foarte mare, cu valori tipice cuprinse între 100 și peste 2000, în funcție de valoarea rezistenței de sarcină a colectorului RL utilizată.
Am văzut, de asemenea, că impedanța de intrare a circuitului amplificator este foarte mică, dar impedanța de ieșire poate fi foarte mare. Am mai spus că amplificatorul cu bază comună nu inversează semnalul de intrare, deoarece este o configurație de amplificator neinversor.
Datorită caracteristicilor sale de impedanță de intrare-ieșire, configurația amplificatorului cu bază comună este extrem de utilă în aplicațiile audio și de radiofrecvență ca tampon de curent pentru a potrivi o sursă de impedanță mică cu o sarcină de impedanță mare sau ca amplificator cu un singur etaj ca parte a unei configurații în cascadă sau cu mai multe etaje în care un etaj de amplificator este folosit pentru a comanda un altul.
.