Ενισχυτής κοινού εκπομπού

Κέρδος τάσης ενισχυτή κοινού εκπομπού

Στο σχήμα δίνεται μια ενισχυτική διάταξη κοινού εκομπού. Με τον πυκνωτή C₁ πετυχαίνεται η σύζευξη του ac σήματος της πηγής με τη βάση και με τον πυκνωτή C₂ πετυχαίνεται η σύζευξη του ενισχυμένου ac σήματος εξόδου με την αντίσταση φορτίου R_L. Ο πυκνωτής C₃ λέγεται πυκνωτής απόζευξης ή παράκαμπψης (bypass capasitor) επειδή προκαλεί μια διαδρομή από τον εκπομπό στη γη με μικρή σύνθετη αντίσταση.

Κέρδος τάσης Α ορίζεται ο λόγος της ac τάσης εξόδου v_out προς την ac τάση εισόδου v_in Δηλαδή  Α= v_out / v_in

Στο σχήμα επίσης δίνεται το ac ισοδύναμο κύκλωμα της ενισχυτικής διάταξης CE. Σημειώνουμε ότι οι αντιστάσεις πόλωσης R₁ και R₂ συνδέονται παράλληλα, επειδή η dc πηγή τάσης έχει νεκρωθεί. Ακόμη, επειδή το άνω άκρο της R_c είναι γειωμένο για το ac σήμα, η R_c συνδέεται παράλληλα προς την R_L. Αυτός ο παράλληλος συνδυασμός λέγεται ac αντίσταση φορτίου, συμβολίζεται με r_L και δίνεται από τη σχέση:

r_L = R_c || R_L

Επειδή η ac τάση εξόδου εμφανίζεται στ' άκρα της r_L, αυτή δίνεται από τη σχέση:

v_out = i_cr_L όπου i_c το ac ρεύμα συλλέκτη.

To ac βήτα του τρανζίστορ συμβολίζεται με β και είναι ο λόγος του ac ρεύματος συλλέκτη i_c προς το ac ρεύμα βάσης i_b . Δηλαδή β=i_c/i_b

Έτσι η τάση εξόδου v_out γράφεται:   v_out = βi_br_L

Από την μεριά της εισόδου η ac τάση εισόδου εφαρμόζεται στην αντίσταση βr_e και μας επιτρέπει να γράψουμε

v_in = i_bβr_e

Ο λόγος των δυο τελευταίων εξισώσεων δίνει μια άλλη έκφραση για το κέρδος τάσης:

Α = v_out / v_in = (βi_br_L) / (i_bβr_e) => A = r_L / r_e

Βλέπουμε ότι το κέρδος τάσης στη διάταξη κοινού εκπομπού CE είναι ευθέως ανάλογο προς την r_L κι αντιστρόφως ανάλογο προς την r_e

Σύνθετη αντίσταση εισόδου

Η σύνθετη αντίσταση εισόδου ενός ενισχυτή είναι η σύνθετη αντίσταση που "βλέπει" η ac πηγή. Στο κύκλωμα του παραπάνω σχήματος η ac πηγή τροφοδοτεί με ρεύμα τις αντιστάσεις πόλωσης, που συνδέονται παράλληλα με τη σύνθετη αντίσταση εισόδου της βάσης. Αυτό σημαίνει ότι η σύνθετη αντίσταση εισόδου του ενισχυτή περιλαμβάνει τις αντιστάσεις πόλωσης και την σύνθετη αντίσταση εισόδου της βάσης:

z_in = R₁ || R₂ || βr_e

Αντιστροφή φάσης

Κατά τη διάρκεια της θετικής ημιπεριόδου της ac τάσης εισόδου, το ολικό ρεύμα βάσης αυξάνει κι αναγκάζει το ολικό ρεύμα συλλέκτη ν' αυξηθεί. Η αύξηση του ρεύματος συλλέκτη έχει αποτέλεσμα την αύξηση της πτώσης τάσης στην αντίσταση συλλέκτη και την ελάττωση της τάσης συλλέκτη. Κατά τη διάρκεια της αρνητικής ημιπεριόδου της ac τάσης εισόδου, η τάση συλλέκτη αυξάνει. Γι' αυτό το λόγο, η ac τάση εξόδου κάθε ενισχυτικής βαθμίδας CE έχει πάντοτε διαφορά φάσης 180^ο με την ac τάση εισόδου. Αυτή η αλλαγή στη φάση λέγεται αναστροφή φάσης.

Παράδειγμα
Το τρανζίστορ του κυκλώματος του σχήματος έχει β ίσο με 250. Πόση είναι η ac τάση εξόδου και η σύνθετη αντίσταση εισόδου του ενισχυτή;

Λύση
Η dc τάση στην αντίσταση των 12kΩ είναι:
V₂ = V_ccR₂ / (R₁+R₂) = 24V12kΩ/(12kΩ+33kΩ) = 6,40V
H dc τάση στην αντίσταση του εκπομπού είναι:
V_E = V₂ - V_BE = 6,40V - 0,7V = 5,70V
Έτσι το dc ρεύμα εκπομπού είναι:
Ι_Ε = V_E / R_E = 5,70V / 6,8kΩ = 0,84mA
οπότε η ac αντίσταση του εκπομπου  είναι:
r_e = 25mV / I_E= 25mV / 0,84mA = 29,8Ω
Το κέρδος τάσης υπολογίζεται ως
Α = r_L / r_e = (10kΩ || 2,2kΩ) / 29,8Ω = 60,5
Η σύνθετη αντίσταση εισόδου από τη βάση είναι
z_in(base) = βr_e = 250(29,8Ω) = 7,45kΩ
και η σύνθετη αντίσταση εισόδου του ενισχυτή είναι:
z_in = R₁ || R₂ || z_in(base) = 33kΩ || 12kΩ || 7,45kΩ = 4,03kΩ