Ortak Baz(Base) Yükselteç / Common Base Amplifier
Ortak Baz Yükselteci için, BJT transistörünün çıkışı, kollektör terminalinden alınırken giriş emiter terminaline uygulanır.
Ortak Baz Yükselteci, transistörün baz terminalinin hem giriş hem de çıkış sinyalleri için ortak bir terminal olduğu, dolayısıyla ortak baz (CB) olarak adlandırıldığı iki kutuplu bağlantı transistörünün (BJT) konfigürasyonunun başka bir türüdür. Ortak temel konfigürasyon, bir yükselteç olarak, daha popüler olan ortak emitör (CE) veya ortak toplayıcı (CC) konfigürasyonlarına kıyasla daha az yaygındır, ancak benzersiz giriş/çıkış özelliklerinden dolayı hala kullanılmaktadır.
Ortak taban konfigürasyonunun bir yükselteç olarak çalışması için, giriş sinyali emiter terminaline uygulanır ve çıkış kollektör terminalinden alınır. Bu nedenle emitör akımı aynı zamanda giriş akımıdır ve kollektör akımı da çıkış akımıdır, ancak transistör üç katmanlı, iki pn-bağlantılı bir cihaz olduğundan, ortak bir baz amplifikatör olarak çalışması için doğru şekilde polarlı olması gerekir. Bu, baz-yayıcı bağlantısının ileriye dönük olmasıdır.
Aşağıdaki temel ortak baz amplifikatör konfigürasyonunu göz önünde bulundurun.
Daha sonra, baz-toprak konfigürasyondan, giriş değişkenlerinin emitör akımı IE ve baz-yayıcı gerilimi VBE ile ilgili olduğunu, çıkış değişkenlerinin ise kollektör akımı IC ve kollektör-temel gerilimi VCB ile ilgili olduğunu görebiliriz.
Yayıcı akımı, IE aynı zamanda giriş akımı olduğundan, giriş akımındaki herhangi bir değişiklik, kollektör akımında, IC’de karşılık gelen bir değişiklik yaratacaktır. Ortak bir temel yükselteç konfigürasyonu için, akım kazancı, Ai, kendisi IC/IE formülü ile belirlenen iOUT/iIN olarak verilir. Bir CB konfigürasyonu için mevcut kazanç Alpha, (α) olarak adlandırılır.
Bir BJT yükselteç emitör akımı, IE = IB + IC olduğu için her zaman kollektör akımından daha büyüktür, bu nedenle yükseltecin akım kazancı (α) birden dülük olmalıdır, çünkü IC her zaman değeri ile IE’den daha azdır. IB. Böylece CB yükselteci, 0,980 ila 0,995 arasında değişen tipik alfa değerleriyle akımı zayıflatır.
Üç transistör akımı arasındaki elektriksel ilişki, gösterildiği gibi alfa, α ve Beta, β ifadelerini vermek üzere gösterilebilir.
Ortak Baz Yükselteç Akım Kazancı
Bu nedenle, standart bir iki kutuplu bağlantı transistörünün Beta değeri 100 ise, Alfa değeri şu şekilde verilir: 100/101 = 0.99.
Ortak Baz Yükselteç Voltaj Kazancı
Ortak baz yükselteç bir akım yükselticisi (Ai ≅ 1) olarak çalışamayacağından, bu nedenle bir gerilim yükselticisi olarak çalışabilme yeteneğine sahip olmalıdır. Ortak baz yükselteç için voltaj kazancı, VOUT/VIN’in, yani kollektör voltajı VC’nin emitör voltajına VE oranıdır. Başka bir deyişle, VOUT = VC ve VIN = VE.
VOUT çıkış voltajı kollektör direnci RC boyunca geliştirildiğinden, çıkış voltajı bu nedenle Ohm Yasası, VRC = IC*RC’ye göre IC’nin bir fonksiyonu olmalıdır. Dolayısıyla, IE’deki herhangi bir değişikliğin IC’de karşılık gelen bir değişikliği olacaktır.
O zaman ortak bir temel yükselteç konfigürasyonu için şunu söyleyebiliriz:
IC/IE alfa olduğundan, yükseltecin voltaj kazancını şu şekilde sunabiliriz:
Bu nedenle voltaj kazancı, kollektör direncinin emitör direncine oranına az çok eşittir. Bununla birlikte, baz ve emiter terminalleri arasında iki kutuplu bir bağlantı transistörü içinde, transistörlerin dinamik yayıcı direnci, r’e olarak adlandırılan şeye yol açan tek bir pn-diyot bağlantısı vardır.
AC giriş sinyalleri için emitör diyot bağlantısı, şu şekilde verilen etkin bir küçük sinyal direncine sahiptir: r’e = 25mV/IE, burada 25mV, pn bağlantısının termal voltajıdır ve IE, emitör akımıdır. Böylece emitörden geçen akım arttıkça emitör direnci orantılı bir miktarda azalacaktır.
Giriş akımının bir kısmı, bu dahili taban-yayıcı bağlantı direnci üzerinden tabana ve ayrıca harici olarak bağlı emitör direnci RE üzerinden akar. Küçük sinyal analizi için bu iki direnç birbirine paralel olarak bağlanır.
r’e değeri çok küçük olduğundan ve RE genellikle çok daha büyük olduğundan, genellikle kilohm (kΩ) aralığında, amplifikatörün voltaj kazancının büyüklüğü, farklı emitör akımı seviyeleri ile dinamik olarak değişir.
Böylece RE ≫ r’e ise, ortak baz yükselticinin gerçek voltaj kazancı şöyle olacaktır:
Akım kazancı yaklaşık olarak IC ≅ IE olarak bire eşit olduğundan, voltaj kazancı denklemi şu şekilde basitleşir:
Örneğin, emitör-taban bağlantısından 1mA akım akıyorsa, dinamik empedansı 25mV/1mA = 25Ω olacaktır. 10kΩ’luk bir kollektör yük direnci için volt kazancı, AV şöyle olacaktır: 10.000/25 = 400 ve bağlantıdan ne kadar fazla akım akarsa, dinamik direnci o kadar düşük olur ve voltaj kazancı o kadar yüksek olur.
Benzer şekilde, yük direncinin değeri ne kadar yüksek olursa, yükseltecin voltaj kazancı o kadar büyük olur. Bununla birlikte, pratik bir ortak baz yükselteç devresinin, RC değerine bağlı olarak yaklaşık 100 ila 2000 arasında tipik voltaj kazancı değerleri ile yaklaşık 20 kΩ’dan daha büyük bir yük direnci kullanması olası değildir. Yükseltecin güç kazancının, voltaj kazancı ile yaklaşık olarak aynı olduğuna dikkat edin.
Ortak baz yükselticinin voltaj kazancı bu iki direnç değerinin oranına bağlı olduğundan, emitör ve kollektör arasında faz inversiyonu olmadığı sonucu çıkar. Bu nedenle, giriş ve çıkış dalga biçimleri, ortak baz yükselticinin evirmeyen yükseltici konfigürasyonu olduğunu gösteren birbirleriyle “faz içi”dir.
Ortak Baz Yükselteç Direnç Kazancı
Ortak baz amplifikatör devresinin ilginç özelliklerinden biri, amplifikasyonu mümkün kılan temel özellik olan amplifikatör Direnç Kazancı olarak bilinen şeye yol açan giriş ve çıkış empedanslarının oranıdır. Girişin emitere bağlı olduğunu ve çıkışın kollektörden alındığını yukarıda görmüştük.
Giriş ve toprak terminali arasında iki olası paralel dirençli yol vardır. Biri emitör direnci aracılığıyla, RE toprağa ve diğeri r’e ve taban terminali aracılığıyla toprağa. Böylece, tabanı topraklanmış emitöre bakarak şunu söyleyebiliriz: ZIN = RE||r’e.
Ancak dinamik emitör direnci, r’e, RE (r’e comparedRE) ile karşılaştırıldığında çok küçüktür, dahili dinamik emitör direnci, r’e denkleme hakimdir ve yaklaşık olarak r’e’ye eşit düşük bir giriş empedansı ile sonuçlanır.
Bu nedenle, ortak temel konfigürasyon için giriş empedansı çok düşüktür ve kaynak empedansının değerine bağlı olarak, emitör terminaline bağlı RS, giriş empedansı değerleri 10Ω ile 200Ω arasında değişebilir. Ortak baz amplifikatör devresinin düşük giriş empedansı, tek kademeli bir yükselteç olarak sınırlı uygulamalarının ana nedenlerinden biridir.
Bununla birlikte, CB amplifikatörünün çıkış empedansı, voltaj kazancını kontrol etmek için kullanılan kollektör direncine ve bağlı harici yük direncine, RL’ye bağlı olarak yüksek olabilir. Amplifikatörün çıkış terminaline bir yük direnci bağlanırsa, kollektör direncine paralel olarak etkin bir şekilde bağlanır, bu durumda ZOUT = RC||RL.
Ancak, eğer harici olarak bağlı yük direnci, RL, kollektör direnci RC ile karşılaştırıldığında çok büyükse, o zaman RC, paralel denklemi domine edecek ve ortalama bir çıkış empedansı ZOUT ile sonuçlanacak ve yaklaşık olarak RC’ye eşit olacaktır. Daha sonra ortak bir temel konfigürasyon için, kollektör terminaline bakan çıkış empedansı şöyle olacaktır: ZOUT = RC.
Amplifikatörün kollektör terminaline geri bakan çıkış empedansı potansiyel olarak çok büyük olabileceğinden, ortak temel devre, giriş akımını düşük giriş empedansı tarafından alıp akımı yüksek çıkış empedansı tarafına gönderen ideal bir akım kaynağı gibi çalışır. . Bu nedenle, ortak temel transistör konfigürasyonu aynı zamanda a: akım tamponu veya akım izleyici konfigürasyonu ve gerilim izleyici olarak adlandırılan ortak kollektör (CC) konfigürasyonunun tersi olarak anılır.
Özetle
Ortak Bazlı Yükselteçlerle ilgili bu öğreticide, yaklaşık bir akım kazancına (alfa) sahip olduğunu, aynı zamanda 100 ile 2000 arasında değişen tipik değerlerle çok yüksek olabilen bir voltaj kazancına sahip olduğunu gördük.
Amplifikatör devresinin giriş empedansının çok düşük olduğunu ancak çıkış empedansının çok yüksek olabileceğini de gördük. Ayrıca, ortak baz yükseltecin, ters çevirmeyen bir yükselteç konfigürasyonu olduğu için giriş sinyalini ters çevirmediğini de söyledik.
Giriş-çıkış empedansı özellikleri nedeniyle, ortak baz yükselteç düzenlemesi, düşük empedanslı bir kaynağı yüksek empedanslı bir yüke eşleştirmek için bir akım tamponu olarak veya bir sistemin parçası olarak tek kademeli bir yükselteç olarak ses ve radyo frekansı uygulamalarında son derece kullanışlıdır. Bir yükselteç aşamasının diğerini sürmek için kullanıldığı, kademeli veya çok aşamalı konfigürasyondur.