Общая база - Common base

Эта статья включает в себя список общих Рекомендации, но он остается в основном непроверенным, потому что ему не хватает соответствующих встроенные цитаты. Пожалуйста, помогите улучшать эта статья введение более точные цитаты. (Апрель 2009 г.) (Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения)

Рисунок 1: Базовая схема общей базы NPN (без учета смещение Детали)

В электроника, а общая база (также известен как заземленное основание) усилитель мощности является одним из трех основных одноступенчатых биполярный переходной транзистор (BJT) топологии усилителя, обычно используемые в качестве текущий буфер или же Напряжение усилитель мощности.

В этой схеме вывод эмиттера транзистора служит входом, коллектор - выходом, а база соединена с землей или «общим», отсюда и его название. Аналогичный полевой транзистор схема является общие ворота усилитель мощности.

Упрощенная операция

Поскольку ток идет от эмиттера, это обеспечивает разность потенциалов так вызывая транзистор проводить. Ток, проводимый через коллектор, пропорционален Напряжение через переход база-эмиттер с учетом смещения, как и в других конфигурациях.^[1]

Следовательно, если на эмиттер не поступает ток, транзистор не проводит.

Приложения

Такое расположение не очень распространено в низкочастотных дискретных схемах, где оно обычно используется для усилителей, требующих необычно низкого входное сопротивление, например, чтобы действовать как предусилитель для подвижной катушки микрофоны Однако он популярен в интегральных схемах и в усилителях высокой частоты, например, для УКВ и УВЧ, поскольку его входная емкость не страдает от Эффект Миллера, что ухудшает пропускную способность общий эмиттер конфигурации, и из-за относительно высокой изоляции между входом и выходом. Такая высокая изоляция означает, что обратная связь между выходом и входом незначительна, что обеспечивает высокую стабильность.

Эта конфигурация также полезна в качестве текущего буфера, поскольку она имеет текущий коэффициент усиления приблизительно единство (см. формулы ниже). Часто для этого используется общая база, которой предшествует каскад с общим эмиттером. Комбинация этих двух формирует каскод конфигурация, которая обладает несколькими преимуществами каждой конфигурации, такими как высокий входной импеданс и изоляция.

Низкочастотные характеристики

На низких частотах и ​​ниже слабосигнальный условиях, схема на рисунке 1 может быть представлена ​​схемой на рисунке 2, где гибридная пи модель для BJT был использован. Входной сигнал представлен Тевенин источник напряжения v_s с последовательным сопротивлением р_s а нагрузка - резистор р_L.Эту схему можно использовать для получения следующих характеристик усилителя с общей базой.

	Определение	Выражение	Примерное выражение	Условия
Разомкнутая цепь усиление напряжения	${ displaystyle {A_ {v}} = left. { frac {v _ { text {o}}} {v _ { text {i}}}} right | _ {R_ {L} = infty} }$	${ displaystyle { frac {(g_ {m} r _ { text {o}} + 1) R_ {C}} {R_ {C} + r_ {o}}}}$	${ displaystyle g_ {m} R_ {C}}$	${ displaystyle r_ {o} gg R_ {C}}$
Короткое замыкание текущий прирост	${ displaystyle A_ {i} = left. {i _ { text {o}} over i _ { text {i}}} right | _ {R_ {L} = 0}}$	${ displaystyle { frac {r _ { pi} + beta r_ {o}} {r _ { pi} + ( beta +1) r_ {o}}}}$	${ displaystyle 1}$	${ displaystyle beta gg 1}$
Входное сопротивление	${ displaystyle R _ { text {in}} = { frac {v_ {i}} {i_ {i}}}}$	${ displaystyle { frac {(r_ {o} + R_ {C} | R_ {L}) r_ {E}} {r_ {o} + r_ {E} + { frac {R_ {C} | R_ {L}} { beta +1}}}}}$	${ displaystyle r_ {e} left ( приблизительно { frac {1} {g_ {m}}} right)}$	${ displaystyle r_ {o} gg R_ {C} | R_ {L} left ( beta gg 1 right)}$
Выходное сопротивление	${ displaystyle R _ { text {out}} = left. { frac {v_ {o}} {- i_ {o}}} right | _ {v_ {s} = 0}}$	${ Displaystyle R_ {C} | left ([1 + g_ {m} (r _ { pi} | R_ {S})] r_ {o} + r _ { pi} | R_ {S} верно)}$	${ displaystyle { begin {align} & R_ {C} || r_ {o} & R_ {C} || left (r_ {o} left [1 + g_ {m} left (r _ { pi } || R_ {S} right) right] right) end {align}}}$	${ displaystyle { begin {align} R_ {S} & ll r_ {E} R_ {S} & gg r_ {E} end {выравнивается}}}$

Примечание: Параллельные линии (||) обозначают компоненты параллельно.

Как правило, общий коэффициент усиления по напряжению / току может быть существенно меньше, чем коэффициенты усиления при разомкнутом / коротком замыкании, перечисленные выше (в зависимости от сопротивления источника и нагрузки) из-за эффект загрузки.

Активные нагрузки

Для усиления напряжения диапазон допустимого размаха выходного напряжения в этом усилителе привязан к усилению напряжения при нагрузке резистора. р_C используется, как показано на рисунке 1. То есть для большого усиления по напряжению требуется большой р_C, что, в свою очередь, означает большое падение постоянного напряжения на р_C. Для данного напряжения питания, чем больше это падение, тем меньше размер транзистора. V_CB и меньший размах выходного сигнала допускается до того, как произойдет насыщение транзистора, что приведет к искажению выходного сигнала. Чтобы избежать этой ситуации, активная нагрузка можно использовать, например, текущее зеркало. Если этот выбор сделан, значение р_C в приведенной выше таблице заменено выходным сопротивлением слабого сигнала активной нагрузки, которое, как правило, не меньше, чем р_О активного транзистора на рисунке 1. С другой стороны, падение постоянного напряжения на активной нагрузке имеет фиксированное низкое значение ( напряжение соответствия активной нагрузки), что намного меньше, чем падение напряжения постоянного тока, возникающее при сопоставимом усилении при использовании резистора р_C. То есть активная нагрузка налагает меньше ограничений на размах выходного напряжения. Обратите внимание, что активная нагрузка или нет, большое усиление переменного тока все еще связано с большим выходным сопротивлением переменного тока, что приводит к плохому разделению напряжения на выходе, за исключением больших нагрузок. р_L ≫ р_из.

При использовании в качестве текущего буфера на усиление не влияет р_C, но выходное сопротивление. Из-за деления тока на выходе желательно, чтобы выходное сопротивление для буфера было намного больше, чем нагрузка р_L приводятся в движение, поэтому на нагрузку могут подаваться большие токи сигнала. Если резистор р_C используется, как на Рисунке 1, большое выходное сопротивление соединено с большим р_C, снова ограничивая размах сигнала на выходе. (Даже если ток подается на нагрузку, обычно большой сигнал тока в нагрузке также подразумевает большой перепад напряжения на нагрузке.) Активная нагрузка обеспечивает высокое выходное сопротивление переменного тока с гораздо менее серьезным влиянием на амплитуду колебаний выходного сигнала. .

Обзор характеристик

Несколько примеров приложений подробно описаны ниже. Далее следует краткий обзор.

• Входное сопротивление усилителя р_в смотреть в узел эмиттера очень мало, примерно

${ displaystyle R _ { text {in}} = r_ {E} = { frac {V_ {T}} {I_ {E}}},}$

куда V_Т это тепловое напряжение, и я_E - постоянный ток эмиттера.

Например, для V_Т = 26 мВ и я_E = 10 мА, довольно типичные значения, р_в = 2,6 Ом. Если я_E сводится к увеличению р_в, есть и другие последствия, такие как более низкая крутизна, более высокое выходное сопротивление и более низкое β, которые также необходимо учитывать. Практическим решением этой проблемы низкого входного импеданса является установка каскада с общим эмиттером на входе, чтобы сформировать каскод усилитель мощности.

• Поскольку входной импеданс очень низкий, большинство источников сигнала имеют большее сопротивление, чем усилитель с общей базой. р_в. Следствием этого является то, что источник предоставляет Текущий к входу, а не к напряжению, даже если это источник напряжения. (В соответствии с Теорема Нортона, этот ток примерно я_в = v_S / р_S). Если выходной сигнал также является током, усилитель является токовым буфером и выдает тот же ток, что и входной. Если на выходе принять напряжение, то усилитель будет транс-сопротивление усилитель и выдает напряжение, зависящее от импеданса нагрузки, например v_из = я_в р_L для резисторной нагрузки р_L намного меньше по величине, чем выходное сопротивление усилителя р_из. То есть коэффициент усиления по напряжению в этом случае (более подробно объясненный ниже) равен

${ displaystyle v _ { text {out}} = i _ { text {in}} R_ {L} = v_ {s} { frac {R_ {L}} {R_ {S}}} Rightarrow A_ {v } = { frac {v _ { text {out}}} {v_ {S}}} = { frac {R_ {L}} {R_ {S}}}.}$

Обратите внимание, что для таких импедансов источников, что р_S ≫ р_E выходной импеданс приближается р_из = р_C || [грамм_м (р_π || р_S) р_О].

• В частном случае источников с очень низким импедансом усилитель с общей базой работает как усилитель напряжения - один из примеров, обсуждаемых ниже. В этом случае (более подробно описано ниже), когда р_S ≪ р_E и р_L ≪ р_из, коэффициент усиления по напряжению становится

${ displaystyle A_ {v} = { frac {v _ { text {out}}} {v_ {S}}} = { frac {R_ {L}} {r_ {E}}} приблизительно g_ {m } R_ {L},}$

куда грамм_м = я_C / V_Т крутизна. Обратите внимание, что при низком сопротивлении источника р_из = р_О || р_C.

• Включение р_О в модели гибридного пи предсказывает обратную передачу от выхода усилителя к его входу, то есть усилитель двусторонний. Одним из следствий этого является то, что ввод / вывод сопротивление зависит от оконечного сопротивления нагрузки / источника, следовательно, например, выходное сопротивление р_из может варьироваться в пределах диапазона р_О || р_C ≤ р_из ≤ (β + 1) р_О || р_C, в зависимости от сопротивления источника р_S. Усилитель можно считать односторонним, если пренебречь р_О является точным (действительно для низких коэффициентов усиления и сопротивления нагрузки от низкого до среднего), что упрощает анализ. Это приближение часто применяется в дискретных схемах, но может быть менее точным в ВЧ схемах и в схемах интегральных схем, где обычно используются активные нагрузки.

Усилитель напряжения

Рисунок 2: Модель слабого сигнала для расчета различных параметров; Источник напряжения Тевенина как сигнал

Для случая, когда схема с общей базой используется в качестве усилителя напряжения, схема показана на рисунке 2.

Выходное сопротивление большое, не менее р_C || р_О, значение, возникающее при низком импедансе источника (р_S ≪ р_E). Большое выходное сопротивление в усилителе напряжения нежелательно, так как приводит к плохой деление напряжения на выходе. Тем не менее выигрыш по напряжению заметен даже для небольших нагрузок: согласно таблице, при р_S = г_E выигрыш А_v = г_м р_L / 2. Для большего сопротивления источника коэффициент усиления определяется соотношением резисторов. р_L / Р_S, а не свойствами транзистора, что может быть преимуществом там, где важна нечувствительность к температуре или колебаниям транзистора.

Альтернативой использованию модели гибридного пи для этих вычислений является общая методика, основанная на двухпортовые сети. Например, в приложении, подобном этому, где выходным напряжением является напряжение, для простоты можно выбрать двухпортовый эквивалент g, поскольку в нем используется усилитель напряжения в выходном порте.

За р_S значения в районе р_E усилитель является переходным между усилителем напряжения и токовым буфером. За р_S >> р_E представление драйвера как Источник Тевенина следует заменить представлением с Источник Norton. Схема с общей базой перестает вести себя как усилитель напряжения и ведет себя как повторитель тока, как обсуждается далее.

Текущий последователь

Рисунок 3: Общая базовая схема с драйвером Norton; р_C опущено, потому что активная нагрузка предполагается с бесконечным малосигнальным выходным сопротивлением

На рисунке 3 показан усилитель с общей базой, используемый в качестве повторителя тока. Сигнал цепи обеспечивается AC Источник Norton (Текущий я_S, Сопротивление Norton р_S) на входе, а схема имеет резисторную нагрузку р_L на выходе.

Как упоминалось ранее, этот усилитель двусторонний как следствие выходного сопротивления р_О, который соединяет выход со входом. В этом случае выходное сопротивление велико даже в худшем случае (не менее р_О || р_C и может стать (β + 1) г_О || р_C для больших р_S). Большое выходное сопротивление - желательный атрибут источника тока, поскольку текущее деление посылает большую часть тока в нагрузку. Текущее усиление очень близко к единице, пока р_S ≫ г_E.

Альтернативный метод анализа основан на двухпортовые сети. Например, в приложении, подобном этому, где ток является выходом, выбирается h-эквивалентный двухпортовый порт, потому что он использует усилитель тока в выходном порте.

Смотрите также

• Общий коллектор
• Общий эмиттер
• Общие ворота
• Общий сток
• Общий источник
• Дифференциальный усилитель
• Модель Hybrid-pi
• Двухпортовая сеть

Рекомендации

внешняя ссылка

• Основные конфигурации усилителя BJT (заархивировано из оригинал 9 сентября 2007 г.)
• Усилитель с общей базой NPN — Гиперфизика
• ECE 327: Основы транзисторов - Дает пример общей базовой цепи (т.е. источника тока) с пояснениями.