Felles base - Common base

Figur 1: Grunnleggende NPN-vanlig basekrets (neglisjerer forspenningsdetaljer )

I elektronikk , en felles-basis (også kjent som jordet-basen ) forsterker er ett av tre grunnleggende enkelt-trinns bipolar junction transistor (BJT) forsterkertopologier, som vanligvis brukes som en strøm buffer eller spenningsforsterker .

I denne kretsen fungerer transistorens senderterminal som inngangen, samleren som utgangen, og basen er koblet til jord, eller "vanlig", derav navnet. Den analoge felteffekttransistorkretsen er den vanlige portforsterkeren.

Forenklet drift

Da strømmen senkes fra senderen, gir dette potensiell forskjell, slik at transistoren kan lede. Strømmen som føres via samleren er proporsjonal med spenningen over base-emitter-krysset, og står for skjevheten, som med andre konfigurasjoner.

Derfor, hvis ingen strøm senkes ved senderen, leder ikke transistoren.

applikasjoner

Dette arrangementet er ikke veldig vanlig i lavfrekvente, diskrete kretsløp, der det vanligvis benyttes for forsterkere som krever en uvanlig lav inngangsimpedans , for eksempel å fungere som en forforsterker for mikrofoner med bevegelig spole . Imidlertid er den populær i integrerte kretsløp og i høyfrekvente forsterkere, for eksempel for VHF og UHF , fordi dens inngangskapasitans ikke lider av Miller-effekten , som forringer båndbredden til den vanlige emitterkonfigurasjonen , og på grunn av den relativt høy isolasjon mellom inngang og utgang. Denne høye isolasjonen gjør at det er lite tilbakemelding fra utgangen tilbake til inngangen, noe som fører til høy stabilitet.

Denne konfigurasjonen er også nyttig som en aktuell buffer, siden den har en nåværende gevinst på omtrent enhet (se formler nedenfor). Ofte brukes en vanlig base på denne måten, foran et felles emittertrinn. Kombinasjonen av disse to danner kaskodekonfigurasjonen , som har flere av fordelene med hver konfigurasjon, for eksempel høy inngangsimpedans og isolering.

Lavfrekvensegenskaper

Ved lave frekvenser og under små signalforhold kan kretsen i figur 1 være representert med den i figur 2, der hybrid-pi-modellen for BJT har blitt benyttet. Inngangssignalet er representert ved en Thevenin- spenningskilde v _s med en seriemotstand R _s og belastningen er en motstand R- _L . Denne kretsen kan brukes til å utlede følgende egenskaper ved den vanlige baseforsterkeren.

	Definisjon	Uttrykk	Tilnærmet uttrykk	Forhold
Åpen krets spenningsforsterkning	${\ displaystyle {A_ {v}} = \ venstre. {\ frac {v _ {\ text {o}}} {v _ {\ text {i}}}} \ høyre | _ {R_ {L} = \ infty} }$	${\ displaystyle {\ frac {(g_ {m} r _ {\ text {o}} + 1) R_ {C}} {R_ {C} + r_ {o}}}}$	${\ displaystyle g_ {m} R_ {C}}$	${\ displaystyle r_ {o} \ gg R_ {C}}$
Kortslutningsstrøm gevinst	${\ displaystyle A_ {i} = \ left. {i _ {\ text {o}} \ over i _ {\ text {i}}} \ høyre | _ {R_ {L} = 0}}$	${\ displaystyle {\ frac {r _ {\ pi} + \ beta r_ {o}} {r _ {\ pi} + (\ beta +1) r_ {o}}}}$	${\ displaystyle 1}$	${\ displaystyle \ beta \ gg 1}$
Inngangsmotstand	${\ displaystyle R _ {\ text {in}} = {\ frac {v_ {i}} {i_ {i}}}}$	${\ displaystyle {\ frac {(r_ {o} + R_ {C} \ | R_ {L}) r_ {E}} {r_ {o} + r_ {E} + {\ frac {R_ {C} \ | R_ {L}} {\ beta +1}}}}}$	${\ displaystyle r_ {e} \ venstre (\ ca {\ frac {1} {g_ {m}}} \ høyre)}$	${\ displaystyle r_ {o} \ gg R_ {C} \ | R_ {L} \ \ \ venstre (\ beta \ gg 1 \ høyre)}$
Utgangsmotstand	${\ displaystyle R _ {\ text {out}} = \ venstre. {\ frac {v_ {o}} {- i_ {o}}} \ høyre | _ {v_ {s} = 0}}$	${\ displaystyle R_ {C} \ | \ left ([1 + g_ {m} (r _ {\ pi} \ | R_ {S})] r_ {o} + r _ {\ pi} \ | R_ {S} \ Ikke sant)}$	${\ displaystyle {\ begynne {linje} & R_ {C} || r_ {o} \\ & R_ {C} || \ venstre (r_ {o} \ venstre [1 + g_ {m} \ venstre (r _ {\ pi } || R_ {S} \ høyre) \ høyre] \ høyre) \ end {innrettet}}}$	${\ displaystyle {\ begynne {linje} R_ {S} & \ ll r_ {E} \\ R_ {S} & \ gg r_ {E} \ end {alignment}}}$

Merk: Parallelle linjer (||) indikerer komponenter parallelt .

Generelt kan den totale spennings- / strømforsterkningen være vesentlig mindre enn de åpne / kortslutningsforsterkningene som er oppført ovenfor (avhengig av kilde- og lastmotstand) på grunn av belastningseffekten .

Aktiv belastning

For spenningsforsterkning, er omfanget av tillatt utgangsspenningssving på denne forsterker knyttet til spenningsforsterkning når en motstand belastning R _C anvendes, som i figur 1. Det vil si, det krever stor spenningsforsterkning stor R _C , og som i sin tur innebærer en stor DC-spenningsfallet over R- _C . For en gitt forsyningsspenning, jo større dette fall, desto mindre er transistoren V _CB og mindre utgangssving mulig før metning av transistoren oppstår, med resulterende forvrengning av utgangssignalet. For å unngå denne situasjonen kan en aktiv belastning brukes, for eksempel et aktuelt speil . Hvis dette valget er gjort, er verdien av R- _C i tabellen ovenfor blir erstattet med det lille signalutgangsmotstand av den aktive lasten, som generelt er minst like stor som den r _O av den aktive transistoren på figur 1. På annen side er det likespenningsfallet over den aktive lasten er en fast lav verdi (den samsvar spenning av den aktive belastning), mye mindre enn den likespenningsfallet pådratt for sammenlign vinning ved hjelp av en motstand R- _C . Det vil si at en aktiv belastning medfører mindre begrensning på utgangsspenningssvingningen. Legg merke til at aktiv belastning eller ikke, stor vekstforsterkning fremdeles er koblet til stor vekselstrømutgangsmotstand, noe som fører til dårlig spenningsdeling ved utgangen bortsett fra for store belastninger R _L ≫ R _ut .

For bruk som strømbuffer påvirkes ikke forsterkning av R _C , men utgangsmotstand er. På grunn av den nåværende delingen på utgangen, er det ønskelig å ha en utgangsmotstand for buffer mye større enn belastningen R- _L blir drevet, slik at store signalstrømmene som kan avgis til en belastning. Hvis en motstand R _C anvendes, som i figur 1, er en stor produksjon motstand koplet til en stor R _C , igjen begrenser signalet sving på utgangen. (Selv om strøm blir levert til lasten, innebærer vanligvis et stort strømsignal inn i lasten også en stor spenningssvinging over lasten.) En aktiv belastning gir høy vekselstrøm-motstand med mye mindre alvorlig innvirkning på amplituden av utgangssignal-svingen .

Oversikt over kjennetegn

Flere eksempler på applikasjoner er beskrevet i detalj nedenfor. En kort oversikt følger.

• Forsterkerens inngangsimpedans R _{når man} ser inn i emitternoden er veldig lav, gitt omtrent av

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

hvor V _T er den termiske spenningen , og I _E er likestrømstrømmen.

For eksempel, for V _T = 26 mV, og jeg _E = 10 mA, snarere typiske verdier, R _i = 2,6 Ω. Dersom jeg _E er redusert for å øke R- _i , er det andre konsekvenser som lavere transkonduktans, høyere utgangsmotstand og lavere β det må også tas i betraktning. En praktisk løsning på dette problemet med lav inngangsimpedans er å plassere et felles-emittertrinn ved inngangen for å danne en kaskodeforsterker .

• Fordi inngangsimpedansen er så lav, har de fleste signalkilder større kildimpedans enn den vanlige basisforsterkeren R _i . Konsekvensen er at kilden leverer en strøm til inngangen snarere enn en spenning, selv om det er en spenningskilde. (I følge Nortons teorem er denne strømmen omtrent i _i = v _S / R _S ). Hvis utgangssignalet også er en strøm, er forsterkeren en strømbuffer og leverer den samme strømmen som blir lagt inn. Hvis utgangen tas som en spenning, er forsterkeren en transresistensforsterker og leverer en spenning avhengig av belastningsimpedansen, for eksempel v _ut = i _i R _L for en motstandslast R _{L som er} mye mindre i verdi enn forsterkerens utgangsmotstand R _ut . Det vil si at spenningsgevinsten i dette tilfellet (forklares nærmere nedenfor)

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

Merk at for kilde impedanser slik at R _S » r _E utgangsimpedansen nærmer R _ut = R _C || [ g _m ( r _π || R _S ) r _O ].

• For spesielle tilfeller av kilder med svært lav impedanse fungerer den vanlige baseforsterkeren som en spenningsforsterker, et av eksemplene som er omtalt nedenfor. I dette tilfellet (forklart i nærmere detalj nedenfor), når R _S « r _E og R _L « R _ut , blir spenningsforsterkningen

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

hvor g _m = I _C / V _T er transkonduktansen. Legg merke til at for lav kildeimpedans, R _ut = r _O || R- _C .

• Inkludering av r _O i hybrid-pi Modellen predikerer omvendt overføring fra forsterkerne utgang til dens inngang, som er forsterkeren er bilateral . En konsekvens av dette er at inngangs- / utgangsimpedansen påvirkes av belastningen / kildeavslutningsimpedansen, og for eksempel kan utgangsmotstanden R _ut variere over området r _O || R _C ≤ R _ut ≤ (β + 1) r _O || R _C , avhengig av kildemotstanden R _S . Forsterkeren kan tilnærmes som ensidig når forsømmelse av r _O er nøyaktig (gyldig for lav forsterkning og lave til moderate belastningsmotstander), noe som forenkler analysen. Denne tilnærmingen blir ofte gjort i diskrete utførelser, men kan være mindre nøyaktig i RF-kretser, og i integrerte kretsutforminger, der det vanligvis brukes aktive belastninger.

Spenningsforsterker

Figur 2: Liten signalmodell for beregning av forskjellige parametere; Thévenin spenningskilde som signal

For tilfellet når den vanlige basiskretsen brukes som en spenningsforsterker, er kretsen vist i figur 2.

Utgangsmotstanden er stor, minst R _C || r _O , verdien som oppstår med lav kildeimpedans ( R _S ≪ r _E ). En stor utgangsmotstand er uønsket i en spenningsforsterker, da det fører til dårlig spenningsdeling ved utgangen. Ikke desto mindre er spenningsforsterkningen betydelig selv for små belastninger: ifølge tabellen, med R _S = r _E, er forsterkningen A _v = g _m R _L / 2 . For større kildeimpedanser bestemmes forsterkningen av motstandsforholdet R _L / R _S , og ikke av transistoregenskapene, noe som kan være en fordel der ufølsomhet for temperatur eller transistorvariasjoner er viktig.

Et alternativ til bruken av hybrid-pi-modellen for disse beregningene er en generell teknikk basert på to-port nettverk . For eksempel, i en applikasjon som denne der spenningen er utgangen, kan en g-ekvivalent to-port velges for enkelhet, ettersom den bruker en spenningsforsterker i utgangsporten.

For R- _S -verdier i nærheten av r _E forsterkeren er overgangs mellom spenningsforsterker og strøm buffer. For R _S >> r _E bør driverrepresentasjonen som en Thévenin-kilde erstattes av representasjon med en Norton-kilde . Den vanlige basekretsen slutter å oppføre seg som en spenningsforsterker og oppfører seg som en strømfølger, som diskutert neste.

Nåværende følger

Figur 3: Vanlig basekrets med Norton driver; R _C er utelatt fordi en aktiv belastning antas med uendelig liten signalutgangsmotstand

Figur 3 viser den vanlige baseforsterkeren som brukes som en strømfølger. Kretsen Signalet leveres fra en vekselstrøm Norton kilde (strøm I _S , Norton motstand R _S ) på inngangen, og kretsen har en belastning motstand R _L ved utgangen.

Som nevnt tidligere, er denne forsterkeren bilateral som en konsekvens av utgangsmotstand R _O , som forbinder utgangen til inngangen. I dette tilfellet er utgangsmotstand er stor selv i det verste tilfelle (det er i det minste r _O || R _C , og kan bli (β + 1) r _O || R _C for stor R _S ). Stor utgangsmotstand er et ønskelig attributt for en strømkilde fordi gunstig strømfordeling sender mesteparten av strømmen til belastningen. Strømforsterkningen er meget nær enhet så lenge som R _S »r _E .

En alternativ analyseteknikk er basert på to-port nettverk . For eksempel, i en applikasjon som denne hvor strøm er utgangen, velges en h-ekvivalent to-port fordi den bruker en strømforsterker i utgangsporten.

Se også

• Felles samler
• Felles utsender
• Felles gate
• Felles avløp
• Vanlig kilde
• Differensialforsterker
• Hybrid-pi-modell
• To-port nettverk

referanser

Eksterne linker

• Grunnleggende BJT-forsterkerkonfigurasjoner
• NPN Common Base Amplifier - HyperPhysics
• ECE 327: Transistor Basics - Gir eksempel på en vanlig basekrets (dvs. strømkilde) med forklaring.