Схема с общей базой: Усилительный каскад с общей базой — RC74 — интернет-магазин радиоуправляемых моделей

Содержание

Усилительный каскад с общей базой

Добавлено 6 октября 2017 в 12:14

Последний тип схемы усилителя на биполярном транзисторе (рисунок ниже), который мы должны изучить, это схема с общей базой. Эта конфигурация сложнее двух предыдущих и менее распространена из-за своих странных рабочих характеристик.

Усилитель с общей базой (стрелками показаны направления движения потоков электронов)

Она называется схемой с общей базой, поскольку (игнорируя источники питания постоянного напряжения) источник сигнала и нагрузка делят между собой вывод базы как общую точку (рисунок ниже).

Усилитель с общей базой: вход между эмиттером и базой, выход между коллектором и базой

Возможно, наиболее яркой характеристикой этого типа включения транзистора является то, что источник входного сигнала обеспечивать полный ток эмиттера транзистора, о чём свидетельствуют толстые стрелки на первой иллюстрации. Как известно, ток эмиттера больше, чем любой другой ток в транзисторе, так как является суммой токов базы и коллектора.

В последних двух типах усилительных каскадов источник сигнала был подключен к выводу базы транзистора, таким образом, работая на минимально возможном токе.

Поскольку в этой схеме входной ток превышает все другие токи, включая выходной ток, коэффициент усиления по току на самом деле меньше 1 (обратите внимание, как R_нагр подключен к коллектору, тем самым пропуская через себя немного меньший ток, чем источник сигнала). Другими словами, эта схема ослабляет ток, а не усиливает его. В схемах с общим эмиттером и общим коллектором из всех параметров транзистора с усилением тесно был связан β. В схеме с общей базой нам нужен другой основной параметр транзистора: отношение тока коллектора к току эмиттера, который представляет собой дробное число, всегда меньше 1. Это дробное значение для любого транзистора называется коэффициентом α (

альфа).

Поскольку данная схема, очевидно, не может повысить ток сигнала, было бы разумным ожидать, что она увеличит напряжение сигнала. Моделирование SPICE схемы на рисунке ниже подтвердит это предположение.

Схема с общей базой для SPICE анализа по постоянному току

common-base amplifier
vin 0 1
r1 1 2 100
q1 4 0 2 mod1
v1 3 0 dc 15
rload 3 4 5k
.model mod1 npn
.dc vin 0.6 1.2 .02
.plot dc v(3,4)
.end

Усилитель с общей базой: график зависимости выходного напряжения от входного напряжения

Обратите внимание, что выходное напряжение изменяется практически от нуля (отсечка) до 15,75 вольт (насыщение), при этом входное напряжение меняется от 0,6 вольта до 1,2 вольта. Фактически, график выходного напряжения не показывает роста примерно до 0,7 вольта на входе и прекращает расти (выпрямляется) примерно при 1,12 вольта на входе. Это показывает довольно большой коэффициент усиления по напряжению с интервалом выходных напряжений 15,75 вольт и интервалом входных напряжений всего 0,42 вольт: коэффициент усиления составляет 37,5 раз, или 31,48 дБ. Также обратите внимание на то, как при насыщении выходное напряжение (измеренное на R

нагр) на самом деле превышает напряжение источника питания (15 вольт) из-за эффекта последовательного добавления источника входного напряжения.

Второй SPICE анализ модифицированной схемы (рисунок ниже) с источником сигнала переменного напряжения (и постоянным напряжением смещения) говорит о том же: о высоком коэффициенте усиления по напряжению.

Схема с общей базой для SPICE анализа по переменному току

common-base amplifier
vin 5 2 sin (0 0.12 2000 0 0)
vbias 0 1  dc 0.95
r1 2 1 100
q1 4 0 5 mod1
v1 3 0 dc 15
rload 3 4 5k
.model mod1 npn
.tran 0.02m 0.78m
.plot tran v(5,2) v(4)
.end

Как вы можете видеть, входной и выходной сигналы на рисунке ниже синфазны друг с другом. Это говорит о том, что усилитель с общей базой является неинвертирующим.

Усилительный каскад с общей базой: осциллограммы входного и выходного напряжений

SPICE анализ по переменному току в таблице ниже на одной частоте 2 кГц предоставляет данные о входном и выходном напряжениях для расчета коэффициента усиления.

AC анализ схемы с общей базой на частоте 2 кГц: список соединений и выходные данные

common-base amplifier
vin 5 2  ac 0.  1 sin
vbias 0 1  dc 0.95
r1 2 1 100
q1 4 0 5 mod1
v1 3 0 dc 15    
rload 3 4 5k    
.model mod1 npn 
.ac dec 1 2000 2000
.print ac vm(5,2) vm(4,3) 
.end

frequency       mag(v(5,2))     mag(v(4,3))
--------------------------------------------
0.000000e+00    1.000000e-01    4.273864e+00

Значения напряжений из второго анализа (таблица выше) показывают коэффициент усиления по напряжению 42,74 (4,274 В / 0.1 В), или 32,617 дБ:

\[A_V = { V_{вых} \over V_{вх} }\]

\[A_V = { 4,274 В \over 0,10 В }\]

\[A_V = 42,74\]

\[A_{V(дБ)} = 20 \log A_{V(раз)}\]

\[A_{V(дБ)} = 20 \log 42,74\]

\[A_{V(дБ)} = 32,62 дБ\]

Вот еще один вид схемы с общей базой (рисунок ниже), на которой видны фазы и смещения по постоянному напряжению для разны сигналов в только что промоделированной схеме.

Соотношения фаз и смещений в усилителе на NPN транзисторе с общей базой

То же самое для PNP транзистора (рисунок ниже).

Соотношения фаз и смещений в усилителе на PNP транзисторе с общей базой

Для схемы усилителя с общей базой определить заранее коэффициент усиления по напряжению довольно сложно, что связано с аппроксимацией поведения транзистора, которое трудно измерить напрямую. В отличие от других типов усилительных схема, где коэффициент усиления по напряжению либо устанавливается соотношением двух резисторов (в схеме с общим эмиттером), либо фиксировался на неизменном значении (схема с общим коллектором), коэффициент усиления по напряжению в схеме с общей базой зависит во многом от величины напряжения смещения входного сигнала. Как выясняется, внутреннее сопротивление транзистора между эмиттером и базой играет важную роль в определении коэффициента усиления по напряжению, и это сопротивление изменяется в зависимости от величины тока, протекающего через эмиттер.

Хотя это явление трудно объяснить, его довольно легко продемонстрировать с помощью компьютерного моделирования. Я собираюсь запустить несколько SPICE моделирований схемы усилителя с общей базой (предыдущий рисунок), слегка изменив постоянное напряжение смещения (

vbias в коде ниже), оставив теми же амплитуду входного сигнала переменного напряжения и все остальные параметры схемы.

Когда в разных моделированиях коэффициент усиления по напряжению будет меняться, это будет заметно по разным амплитудам выходного напряжения.

Несмотря на то, что эти анализы будут проводиться в режиме “transfer function

” (коэффициент передачи), каждый из них был сначала проверен в режиме временного анализа (построен график напряжения в зависимости от времени), чтобы гарантировать, что вся синусоида сигнала была воспроизведена точно, а не «обрезана» из-за неправильного смещения. Смотрите «*.tran 0.02m 0.78m» в коде ниже, это «закомментирование» оператора временного анализа. Вычисление коэффициента усиления не может основываться на сигналах искаженной формы. SPICE может для нас рассчитать коэффициент усиления небольшого сигнала постоянного напряжения с помощью оператора «*.tf v(4) vin«. Выходное напряжение – это v(4), а входное напряжение – это vin.

common-base amp vbias=0.85V
vin 5 2  sin (0 0.12 2000 0 0)
vbias 0 1  dc 0.  85
r1 2 1 100      
q1 4 0 5 mod1   
v1 3 0 dc 15    
rload 3 4 5k    
.model mod1 npn 
*.tran 0.02m 0.78m
.tf v(4) vin
.end

common-base amp current gain
Iin 55 5 0A
vin 55 2  sin (0 0.12 2000 0 0)
vbias 0 1  dc 0.8753
r1 2 1 100      
q1 4 0 5 mod1   
v1 3 0 dc 15    
rload 3 4 5k    
.model mod1 npn 
*.tran 0.02m 0.78m
.tf I(v1) Iin
.end
Transfer function information:
transfer function = 9.900990e-01
iin input impedance = 9.900923e+11
v1 output impedance = 1.000000e+20

Список соединений SPICE (слева): Схема усилителя с общей базой, функция передачи (коэффициент усиления по напряжению) для различных постоянных напряжений смещения. Обратите внимание на оператор .tf v(4) vin.
Список соединений SPICE (справа): Схема усилителя с общей базой, коэффициент усиления по току; функция передачи для коэффициента усиления по постоянному току равна I(v1)/Iin. Обратите внимание на оператор

.tf I(v1) Iin

Командная строка spice -b filename.cir благодаря оператору .tf выводит следующие данные: transfer_function (коэффициент передачи), output_impedance (выходное сопротивление) и input_impedance (входное сопротивление). Сокращенный вывод команды, запущенной для напряжений смещения vbias0.85, 0.90, 0.95, 1.00 вольт, приведен ниже

Вывод SPICE: коэффициент передачи схемы с общей базой:

Circuit: common-base amp vbias=0.85V        // напряжение смещения 0,85 вольта
transfer_function = 3.756565e+01            // коэффициент передачи
output_impedance_at_v(4) = 5.000000e+03     // выходное сопротивление
vin#input_impedance = 1.317825e+02          // входное сопротивление
 
Circuit: common-base amp vbias=0.8753V Ic=1 mA  // напряжение смещения 0,8753 вольта
Transfer function information:
transfer_function = 3. 942567e+01            // коэффициент передачи
output_impedance_at_v(4) = 5.000000e+03     // выходное сопротивление
vin#input_impedance = 1.255653e+02          // входное сопротивление
 
Circuit: common-base amp vbias=0.9V         // напряжение смещения 0,9 вольта
transfer_function = 4.079542e+01            // коэффициент передачи
output_impedance_at_v(4) = 5.000000e+03     // выходное сопротивление
vin#input_impedance = 1.213493e+02          // входное сопротивление
 
Circuit: common-base amp vbias=0.95V        // напряжение смещения 0,95 вольта
transfer_function = 4.273864e+01            // коэффициент передачи
output_impedance_at_v(4) = 5.000000e+03     // выходное сопротивление
vin#input_impedance = 1.158318e+02          // входное сопротивление
 
Circuit: common-base amp vbias=1.00V        // напряжение смещения 1,00 вольт
transfer_function = 4.401137e+01            // коэффициент передачи
output_impedance_at_v(4) = 5. 000000e+03     // выходное сопротивление
vin#input_impedance = 1.124822e+02          // входное сопротивление

Тенденция в списке выше должна быть очевидна. С увеличением постоянного напряжения смещения также увеличивается и коэффициент усиления по напряжению (transfer_function). Мы видим, что коэффициент усиления по напряжению увеличивается, потому что каждео последующее моделирование (vbias = 0.85, 0.8753, 0.90, 0.95, 1.00 В) дает больший коэффициент усиления (transfer_function = 37.6, 39.4 40.8, 42.7, 44.0) соответственно. Эти изменения во многом обусловлены незначительными изменениями напряжения смещения.

Последние три строки в списке соединений выше (справа) показывают коэффициент усиления по току I(v1)/Iin = 0,99 (последние две строки выглядят неправильными). Это имеет смысл для β=100; α= β/(β+1), α=0.99=100/(100-1). Это сочетание низкого коэффициента усиления по току (всегда меньше 1) и несколько непредсказуемого коэффициента усиления по напряжению говорит не в пользу схемы с общей базой, оставляя ей лишь несколько вариантов практических применений.

Эти несколько приложений включают в себя радиочастотные усилители. База, посаженная на корпус, помогает защитить входной сигнал на эмиттере от входного сигнала на коллекторе, предотвращая нестабильность в радиочастотных усилителях. Схема с общей базой может использоваться на более высоких частотах, чем схемы с общим эмиттером и общим коллектором. Смотрите раздел «Радиочастотный усилитель мощности 750 мВт класса C с общей базой» в главе 9. Более сложную схему можно увидеть в разделе «Усилитель малых сигналов класса A с общей базой и высоким коэффициентом усиления» в главе 9.

Подведем итоги:

Транзисторные усилители с общей базой называются так, потому что точки подачи входного напряжения и снятия выходного напряжения совместно используют вывод базы транзистора (игнорируя все источники питания).
Коэффициент усиления по току усилителя с общей базой всегда меньше 1. Коэффициент усиления по напряжению зависит от входных и выходных сопротивлений, а также от внутреннего сопротивления перехода эмиттер-база, которое может измениться при изменении постоянного напряжения смещения. Достаточно сказать, коэффициент усиления по напряжению у усилителя с общей базой может быть очень высоким.
Отношение тока коллектора транзистора к току эмиттера называется коэффициентом α. Значение α для любого транзистора всегда меньше единицы.

Оригинал статьи:

The Common-base Amplifier

Схема с общей базой

1 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13,ОГЛАВЛЕНИЕстраница 1
Схема с общей базой. При проектировании усилителей на биполярных транзисторах входной переход транзистора всегда включают в прямом направлении, а выходной в обратном. На Рис. 3.1 приведена схема усилителя на биполярном транзисторе, включенном с общей базой (ОБ).

Рис. 3.1 Схема усилителя по схеме с общей базой.
Резистор RК являться нагрузкой транзистора и определяет его усилительные свойства,. Если RК=0 то эффект усиления напряжения не происходит, т.к. UКБ=EК=const. С увеличением RК растет коэффициент усиления схемы по напряжению, однако существует ограничение на RК сверху. Для данной схемы ориентировочные значения коэффициентов усиления можно определить следующим образом:

Поскольку для ОБ IK ~ IЭ,RКБ||RКБ ~ RКБ, а RЭБ << RК (т.к. входной переход транзистора включен в проводящем направлении) то получим, KU>>1 Коэффициент усиления по току KI меньше 1.

Следовательно, схема с ОБ усиливает напряжение, мощность, но не усиливает ток.

Расчет схемы по постоянному току.
Режим работы схемы по постоянному току определяется элементами: RK, RЭ, EК, EЭ и характеристиками транзистора VT. Запишем уравнения Кирхгофа для выходной цепи:

Уравнение (1) представляет собой уравнение прямой, которую называют нагрузочной прямой, а уравнение (2) представляет семейство выходных характеристик транзистора, включенного по схеме с общей базой. На основании определенных критериев может быть выбран тип транзистора, при этом по справочнику определим его входные и выходные характеристики. Для построения нагрузочной линии (1) рекомендуют использовать 2 режима:
а) режим холостого хода: IК=0 тогда из (1) получим UКБ=EК точка 1 (см. Рис. 3.2)
б) режим короткого замыкания: UКБ=0, следовательно

точка 2 (см. Рис. 3.2)
Через полученные две точки проведем нагрузочную прямую, и выберем на ней точку покоя, например точку О (Рис. 3.2). Для возможности более полного использования характеристик транзистора точку «О» рекомендуют выбирать в центральной области, н линейном участке, выходных характеристик. Эта точка характеризуется тремя координатами IКп,UКБп,IЭп.

Рис. 3.2 Выходные характеристики транзистора с ОБ.
Для обеспечения работы усилителя в точке покоя «О» нужно обеспечить (входной ток) IЭп. Аналогично выходной цепи опишем входную цепь системой уравнений:

Уравнение 1′ нагрузочной прямой по входу, а уравнение 2′ – входными характеристиками транзистора. Для построения нагрузочной линии используем режимы холостого хода и короткого замыкания:

Положение рабочей точки на нагрузочной прямой можно определить по току IЭп или по напряжению UКБп. Координаты рабочей точки определяют напряжение между базой и эмиттером по постоянному току Эбп.

Рис. 3.3 входные характеристики транзистора с ОБ.

Расчет по переменному току.
Принципиальная схема усилителя имеет вид, приведенный на Рис. 3.4..
Рис. 3.4 принципиальная схема усилителя с ОБ.
Разделительные конденсаторы СР1 и СР2 нужны для того, чтобы:
1) источник входного сигнала и нагрузка не изменяли режим работы транзистора по постоянному току;
2) не пропускать на вход и в нагрузку постоянные составляющие, в которых нет информации о переменном входном сигнале.
При расчете схемы по переменному току составляется электрическая модель усилителя, включающая линейную электрическую модель усилителя, с учетом того, что для переменных составляющих источники питания (ЕК) обладают низким внутренним сопротивлением, и следовательно, точки «+» и «-» ЕК источника можно считать однопотенциальными. Построим осциллограммы иллюстрирующие работу усилителя. Пусть входное воздействие представлено источником синусоидального тока: iВХ(ωt)=Im·sin ωt. Осциллограммы, иллюстрирующие работу усилителя, будет иметь вид представленный на Рис. 3.5. На рисунке показаны характерные точки для IК, UКБ при значениях аргумента ωt=0; π⁄2; π; 3⁄π2; 2π входного тока i(ωt), а также для произвольного значения аргумента ωt1 входного воздействия i(ωt).

Рис. 3.5 осциллограммы усилителя на транзисторе с ОБ. Для приращения входного тока относительно координаты точки покоя «О» на 25-30%, можно считать, что усилитель работает в линейной области характеристик, что обеспечивает синусоидальные значения выходного тока (IK) и напряжения (UКБ), при синусоидальном входном воздействии. Из рисунка 3.5 следует, что фазовый сдвиг между входным и выходным напряжениями равен нулю (φu=0), а фазовый сдвиг между токами IK и IЭ равен 180° (φi=180°). Это объясняется тем, что UКБ и IK отрицательны, т.к. они реально расположены в третьем квадранте.
страница 1

Используются технологии uCoz

Общая базовая схема и характеристики транзистора

»Примечания по электронике

Конфигурация усилителя с общей базой не используется широко, за исключением высокочастотных усилителей, где она имеет некоторые явные преимущества.

Учебное пособие по проектированию схем транзисторов Включает:
Расчет схем транзисторов Конфигурации цепи Общий эмиттер Схема с общим эмиттером Повторитель эмиттера Общая база

См. также: Типы транзисторных схем

Усилитель с общей базой наименее широко используется из трех конфигураций транзисторных усилителей. Конфигурации с общим эмиттером и общим коллектором (эмиттерный повторитель) используются гораздо шире, потому что их характеристики, как правило, более полезны.

Однако конфигурация усилителя с общей базой имеет свои преимущества в ряде случаев, когда необходим низкий входной импеданс.

Эта конфигурация схемы также предлагает низкий уровень входного и выходного импеданса, а также подходит для ряда приложений проектирования радиочастотных цепей, где используются уровни импеданса 50 Ом.

Это означает, что, несмотря на то, что он не используется во многих заурядных электронных схемах, он может быть очень полезным вариантом, когда можно использовать некоторые из его ключевых характеристик.

Основы транзисторного усилителя с общей базой

Усилитель с общей базой имеет стиль конфигурации, несколько отличающийся от других конфигураций электронных схем.

Обычно входной сигнал подается на базу, но в случае с общей базой это соединение заземлено, и фактически его иногда называют схемой заземления базы.

Конфигурация схемы транзистора с общей базой

Для схем NPN и PNP видно, что для схемы усилителя с общей базой вход подается на эмиттер, а выход берется с коллектора. Общим выводом для обеих цепей является база.

База заземлена для сигнала, хотя по причинам смещения потенциал постоянного тока будет выше уровня земли. Это достигается с помощью резисторов смещения постоянного тока, но с развязкой базы и земли с помощью конденсатора.

Конфигурация усилителя с общей базой используется не так широко, как конфигурация транзисторного усилителя. Однако он находит применение в усилителях, требующих низкого уровня входного импеданса. Одно приложение предназначено для предусилителей микрофонов с подвижной катушкой — эти микрофоны имеют очень низкий уровень импеданса.

Другое приложение предназначено для проектирования радиочастотных цепей в ВЧ- и УВЧ-усилителях, где низкий входной импеданс обеспечивает точное согласование с импедансом фидера, который обычно составляет 50 Ом или 75 Ом.

Конфигурация также улучшает стабильность в результате заземления базы, что может привести к тому, что в некоторых случаях усилитель будет называться усилителем с заземленной базой.

Поскольку основание представляет собой электрод, расположенный между эмиттером и коллектором, тот факт, что он заземлен для радиочастотных сигналов, снижает уровень нежелательной паразитной обратной связи в схеме.

Стоит отметить, что коэффициент усиления по току усилителя с общей базой всегда меньше единицы.

Однако коэффициент усиления по напряжению больше, но он является функцией входного и выходного сопротивлений (а также внутреннего сопротивления перехода эмиттер-база). В результате коэффициент усиления по напряжению усилителя с общей базой может быть очень высоким.

Сводка характеристик транзисторного усилителя с общей базой

В таблице ниже приведены основные характеристики транзисторного усилителя с общей базой.

Общие базовые характеристики
Параметр	Характеристики
Коэффициент усиления по напряжению	Высокий
Коэффициент усиления по току	Низкий
Прирост мощности	Низкий
Соотношение фаз вход/выход	0&град
Входное сопротивление	Низкий
Выходное сопротивление	Высокий

Схема с общей базой не находит широкого применения для низкочастотных цепей — обычно желательны высокое входное сопротивление и низкое выходное сопротивление. Однако иногда он используется для некоторых схем, требующих низкого входного сопротивления, например, для ленточного микрофона, и в некоторых других ситуациях проектирования электронных схем.

Где он находит применение, так это в радиочастотном дизайне некоторых усилителей высокой частоты, например, для ОВЧ и УВЧ и т. д.

В конфигурации с общей базой входная емкость не подвержена эффекту Миллера, который ухудшает полосу пропускания в конфигурации с общим эмиттером. Кроме того, существует относительно высокая изоляция между входом и выходом, а это означает, что обратная связь между выходом и входом незначительна, что приводит к высокой стабильности.

Как работает схема с общей базой

С точки зрения прохождения сигнала схема с общей базой сильно отличается от схемы с общим эмиттером или с общим коллектором/эмиттерным повторителем.

Поскольку в двух других схемах в качестве входной точки схемы используется базовый электрод, то же самое нельзя сказать о схеме с общей базой, поскольку она заземлена.

Схема электронной схемы транзистора с общей базой / конфигурация
В этой схеме используется транзистор NPN, но конфигурация в равной степени применима к транзисторам PNP, но с обратной полярностью батареи.

Цепь транзисторного усилителя с общей базой

На приведенной ниже схеме показано, как может быть реализована схема усилителя с общей базой. Он показывает очень стандартную конфигурацию электронной схемы для смещения, а также приложение сигналов к схеме.

Те же ограничения смещения применяются к цепи с общей базой, но применение сигналов отличается, что позволяет заземлить базу и, следовательно, сделать ее общей как для входных, так и для выходных цепей.

Схема усилителя на транзисторе с общей базой

В этой типовой схеме электронной схемы для усилителя на транзисторе с общей базой условия смещения очень похожи на условия смещения, используемые для смещения других форм конфигурации, таких как схема с общим эмиттером

С точки зрения электронной схемы резисторы R ₁ и R ₂ образуют делитель потенциала, задающий точку смещения базы. Эмиттер транзистора будет на 0,6 В ниже этого значения, если используется кремниевый транзистор.

Эмиттерный резистор R ₄ определяет ток, протекающий через эмиттерный резистор. Поскольку через коллектор будет протекать практически один и тот же ток, необходимо позаботиться о том, чтобы резистор R ₃ был выбран таким образом, чтобы сигнал не вызывал каких-либо ограничений.

Конденсаторы C ₁ и C ₂ обеспечивают связь по переменному току для цепи, и их значения следует выбирать так, чтобы их импеданс был низким на рабочих частотах.

Для приложений по проектированию радиочастотных цепей значения R ₃ и R ₄, вероятно, зависят от импеданса, необходимого для системы. Если для этих резисторов выбраны низкие значения, это повлияет на ток, который должен протекать в цепи.

Хотя транзисторная схема с общей базой не так широко используется, как схемы с общим эмиттером или с общим коллектором/эмиттерным повторителем, тем не менее, она занимает свое место в библиотеке электронных схем. Он обладает уникальным низким входным и выходным импедансом и способен обеспечить повышенную стабильность на высоких частотах благодаря заземлению базы.

По количеству используемых электронных компонентов он очень похож на другие конфигурации главной схемы.

Дополнительные схемы и схемы:
Основы операционных усилителей Схемы операционных усилителей Цепи питания Транзисторная конструкция Транзистор Дарлингтона Транзисторные схемы схемы полевых транзисторов Символы цепи
Вернитесь в меню проектирования схем . . .

Усилитель с общей базой | Конфигурация, схема, характеристики

В этом уроке мы узнаем о BJT, сконфигурированном как усилитель с общей базой. Мы увидим различные характеристики усилителя с общей базой, такие как коэффициент усиления по напряжению, коэффициент усиления по току, входное и выходное сопротивление и т. д.

[адсенс1]

Краткое описание

Введение

Транзистор с биполярным переходом или просто BJT представляет собой полупроводниковый прибор с тремя выводами с чередующимися слоями полупроводникового материала n- и p-типа. Три вывода, соответствующие трем областям транзистора, называются эмиттером, базой и коллектором.

BJT может быть типа npn или pnp в зависимости от конфигурации регионов. Поскольку и электроны, и дырки действуют как носители тока, используется термин «биполярный».

По сути, BJT можно настроить для работы в качестве усилителя или коммутатора. Если биполярный транзистор сконфигурирован как усилитель, амплитуда электрического сигнала, подаваемого на вход, на выходе увеличивается в несколько раз.

Настройка BJT в качестве коммутатора является одним из распространенных и часто используемых приложений Transistor. Работая транзистором в областях отсечки и насыщения, вы можете реализовать электронный переключатель с использованием транзистора.

[адсенс2]

Общая базовая конфигурация

Транзистор может быть сконфигурирован в виде двухпортового устройства тремя способами. Это соединение с общим эмиттером, соединение с общим коллектором и соединение с общей базой. В общей базовой конфигурации терминал является общей точкой для ввода и вывода.

На следующем изображении показаны транзисторы npn и pnp в конфигурации с общей базой. Независимо от типа транзистора, вывод базы в конфигурации с общей базой всегда находится под потенциалом земли.

В конфигурации с общей базой входными переменными являются ток эмиттера i _E и напряжение база-эмиттер V _BE . Точно так же выходными переменными являются ток коллектора i _C и напряжение база-коллектор V _CB .

Чтобы полностью описать характеристики конфигурации с общей базой, такой как усилитель с общей базой, вам потребуются два набора характеристик.

Входные характеристики (т. н. приводные характеристики или передаточные характеристики)
Выходные характеристики (или характеристики коллектора)

Входные характеристики будут связывать входные переменные, т. е. ток эмиттера i _E и базу с напряжением эмиттера V _BE, в то время как выходная переменная V _CB поддерживается постоянной.

Что касается выходных характеристик, они будут связывать выходные переменные, т. е. ток коллектора i _C и напряжение базы к коллекторному напряжению V _CB, в то время как входная переменная ток эмиттера i _E остается постоянным.

Выходные характеристики дают нам картину трех областей работы транзистора, т.е. отсечки, активности и насыщения.

Усилитель с общей базой

Усилитель представляет собой электронную схему, увеличивающую амплитуду электрического сигнала. Электроэнергия от источника питания используется для увеличения амплитуды сигнала. Коэффициент усиления усилителя — это величина, определяющая величину усиления, обеспечиваемого усилителем.

Можно разработать простую схему усилителя, используя один транзистор (биполярный или полевой транзистор) вместе с несколькими пассивными компонентами. Однотранзисторные усилители для BJT имеют три конфигурации. Это:

Усилитель с общим эмиттером
Усилитель с общим коллектором
Усилитель с общей базой

В этом учебном пособии основное внимание уделяется усилителю с общей базой с его базовой схемой и его рабочими характеристиками, т. е. усилением по напряжению, усилением по току, входным сопротивлением и выходным сопротивлением.

Типичный усилитель с общей базой имеет следующую топологию.

Вход подается на эмиттер BJT.
Вывод берется из Коллектора БЮТ.
Базовая клемма, общая для входа и выхода, часто подключается к земле.

Схема усилителя с общей базой

На следующем рисунке показана типичная схема усилителя с общей базой с конфигурацией смещения делителя напряжения.

База BJT является общей клеммой и заземлена по переменному току из-за конденсатора. Входной сигнал подается на эмиттер через конденсаторную связь. Выход снимается с коллектора, а нагрузка емкостно связана с коллектором.

Характеристики усилителя с общей базой

Все характеристики усилителя с общей базой поясняются в отношении r параметров модели транзистора переменного тока. В качестве альтернативы вы можете использовать параметры h.

Чтобы определить характеристики, нам нужно построить эквивалентную переменному току модель усилителя с общей базой. На следующем изображении показано то же самое.

Коэффициент усиления по напряжению

Коэффициент усиления по напряжению усилителя CB от эмиттера (вход) до коллектора (выход) определяется как ||R _E ) ≈ Ie Rc / Ie (r’e || R _E )

Если предположить, что R _E >> r’e, то A _V ≈ Rc / r’e

Здесь , Rc = R _C || R _L

r’e = сопротивление эмиттера переменного тока

коэффициент усиления по напряжению усилителя с общей базой очень высок без инверсии фазы.

Коэффициент усиления по току

Коэффициент усиления по току усилителя CB равен выходному току, деленному на входной ток. В эквивалентном режиме переменного тока Ic — это выходной ток, а Ie — входной ток.

Поскольку Ic ≈ Ie, коэффициент усиления по току Ai ≈ 1.

Входное сопротивление

Входное сопротивление равно эквивалентному сопротивлению, если смотреть на эмиттер. Он определяется как

Rin = Vin / Iin = Ve / Ie = Ie (r’e || R _E ) / Ie = r’e || R _E

Обычно, R _E намного больше, чем r’e.

Если R _E >> r’e, то Rin ≈ r’e.

Это означает, что входное сопротивление усилителя с общей базой обычно очень низкое.

Выходное сопротивление

Выходное сопротивление является эквивалентом Thevenin на выходе усилителя с общей базой, смотрящего обратно в усилитель. Сопротивление коллектора переменного тока r’c параллельно с R _C и обычно намного больше, чем R _C .

Следовательно, Rout ≈ R _C

Заключение

Усилитель с общей базой используется реже, чем усилитель с общим эмиттером. Он используется для обеспечения усиления по напряжению без усиления по току. Он используется в качестве усилителя напряжения или буфера в некоторых высокочастотных приложениях.

На основании вышеприведенного анализа можно сделать следующий вывод об усилителе с общей базой.

Имеет относительно высокий коэффициент усиления по напряжению.
Коэффициент усиления по току меньше или иногда приблизительно равен 1.