Ενισχυτής κοινής βάσης

Ο ενισχυτής κοινής βάσης

Στο σχήμα δίδεται ένας ενισχυτής κοινής βάσης CB. Επειδή η βάση είναι γειωμένη, λέγεται και ενισχυτής με γειωμένη τη βάση.

Η πηγή τάσης V_EE πολώνει ορθά την επαφή εκπομπού και η πηγή V_cc πολώνει την επαφή συλλέκτη ανάστροφα. Η ac πηγή τάσης, η οποία είναι συνδεμένη μέσω ενός πυκνωτή σύζευξης στον εκπομπό, προκαλεί μικρές μεταβολές στα ρεύματα και τις τάσεις του τρανζίστορ.

dc ισοδύναμο κύκλωμα

Παίρνουμε το παρακάτω dc ισοδύναμο κύκλωμα, νεκρώνοντας όλες τις ac πηγές τάσης και ανοίγοντας όλους τους πυκνωτές.

 

Στο dc ισοδύναμο κύκλωμα μπορούμε να υπολογίσουμε το dc ρεύμα εκπομπού χρησιμοποιώντας τη σχέση:

Ι_Ε = (V_EE - V_BE) / R_E

Η dc τάση συλλέκτη είναι

V_C = V_CC - I_CR_C

ac ισοδύναμο κύκλωμα

Για να πάρουμε το ac ισοδύναμο κύκλωμα, νεκρώνουμε όλες τις dc πηγές τάσης, βραχυκυκλώνουμε όλους τους πυκνωτές σύζευξης κι αντικαθιστούμε τη δίοδο εκπομπού με την ac αντίσταση της.

 

Στο ac ισοδύναμο κύκλωμα η ac τάση εισόδου είναι:

v_in = i_er_e

H ac αντίσταση φορτίου είναι

r_L = R_C || R_L

Έτσι, η ac τάση συλλέκτη δίνεται από τη σχέση

v_out = i_cr_L

Για το κέρδος τάσης προκύπτει:

Α = v_out / v_in = i_cr_L / i_er_e

Επειδή i_c ~= i_e η παραπάνω εξίσωση γράφεται σε απλοποιημένη μορφή:  Α ~= r_L / r_e

Σύνθετη αντίσταση εισόδου

Το κύριο μειονέκτημα της συνδεσμολογίας κοινής βάσης είναι η πολή μικρή αντίσταση εισόδου. Από το ac ισοδύναμο κύκλωμα προκύπτει ότι η σύνθετη αντίσταση εισόδου της βαθμίδας είναι:

z_in = R_E || r_e

Επειδή, σε κάθε πρακτικό κύκλωμα, η R_E είναι πολύ μεγαλύτερη από την r_e, έχουμε

z_in ~= r_e

Αυτό σημαίνει ότι η ac πηγή, που οδηγεί τον ενισχυτή CB βλέπει μια σύνθετη αντίσταση εισόδου ίση με r_e . Η αντίσταση αυτή είναι πάρα πολύ μικρή. Για παράδειγμα, αν Ι_Ε = 1mA, τότε r_e = 25Ω.

Σύνθετη αντίσταση εξόδου

Η σύνθετη αντίσταση εξόδου του ενισχυτή CB είναι η αντίσταση Thevenin, που φαίνεται από το φορτίο. Στη συνδεσμολογία κοινής βάσης, οι χαρακτηριστικές συλλέκτη είναι σχεδόν οριζόντιες. Αυτό σημαίνει ότι η πηγή ρεύματος του συλλέκτη έχει πολύ μεγάλη εσωτερική αντίσταση. Γι' αυτό το λόγο, όπως φαίνεται και στο ac ισοδύναμο κύκλωμα, η σύνθετη αντίσταση εξόδου είναι περίπου ίση με την αντίσταση συλλέκτη:

z_out ~= R_C

Παράδειγμα
Υπολογίστε την τάση εξόδου στο κύκλωμα του σχήματος

Λύση
Θεωρούμε ότι η πτώση τάσης V_BE είναι 0,7V.  Το dc ρεύμα εκπομπού είναι
Ι_Ε=(V_EE - V_BE) / R_E = (12V - 0,7V) / 18kΩ = 0,63mA
Στη συνέχεια, υπολογίζουμε την ac αντίσταση της επαφής εκπομπού:
r_e = 25mV / I_E = 25mV / 0,63mA = 39,7Ω
Το κέρδος τάσης είναι:
Α = r_L / r_e = (8,2kΩ || 27kΩ) / 39,7Ω = 158
οπότε η τάση εξόδου προκύπτει
v_out = Av_in = 158(2mV) = 316mV
Παράδειγμα
Να βρεθεί η τάση εξόδου του κυκλώματος του σχήματος, αν η v_s είναι ίση με 1mV και η R_s είναι 82Ω

Λύση
Το dc ρεύμα του εκπομπού είναι
Ι_Ε=(V_EE - V_BE) / R_E = (12V - 0,7V) / 8,2kΩ = 1,38mA
οπότε η ac αντίσταση της επαφής εκπομπού είναι
r_e = 25mV / I_E = 25mV /1,38mA = 18,1Ω
Η σύνθετη αντίσταση εισόδου της βαθμίδας είναι
z_in ~= r_e = 18,1Ω
Η ac τάση εισόδου στον εκπομπό είναι:
v_in = v_sz_in / (R_s + z_in) = 1mV18,1 / (82Ω + 18,1Ω) = 0,181mV
Το κέρδος τάσης είναι:
Α = r_L / r_e = (4,7kΩ || 2,2kΩ) / 18,1Ω = 82,9
Έτσι η ac τάση εξόδου είναι
v_out = Av_in = 82,9(0,181mV) = 15mV
Σημειώνουμε ότι η πολύ μικρή σύνθετη αντίσταση εισόδου της βαθμίδας ρίχνει την ac τάση. Έτσι, από την τάση της πηγής μόνο τα 0,181mV εφαρμόζονται στην είσοδο του ενισχυτή. Αυτός είναι ο λόγος, που η ac τάση εξόδου είναι μόνο15mV.