Bộ khuếch đại cơ sở chung

Bộ khuếch đại cơ sở chung

Đối với Bộ khuếch đại cơ sở chung, đầu vào được áp dụng cho cực phát trong khi đầu ra được lấy từ cực thu của bóng bán dẫn BJT

Bộ khuếch đại cơ sở chung là một loại cấu hình khác của bóng bán dẫn mối nối lưỡng cực, (BJT) trong đó đầu cuối cơ sở của bóng bán dẫn là đầu cuối chung cho cả tín hiệu đầu vào và đầu ra, do đó nó có tên là cơ sở chung (CB). Cấu hình cơ sở chung ít phổ biến hơn như một bộ khuếch đại so với cấu hình bộ phát (CE) hoặc bộ thu chung , (CC) phổ biến hơn nhưng vẫn được sử dụng do các đặc tính đầu vào / đầu ra độc đáo của nó.

Để cấu hình cơ sở chung hoạt động như một bộ khuếch đại, tín hiệu đầu vào được áp dụng cho cực phát và đầu ra được lấy từ đầu cực thu. Vì vậy, dòng điện phát cũng là dòng điện đầu vào, và dòng điện thu cũng là dòng điện đầu ra, nhưng vì bóng bán dẫn là một thiết bị ba lớp, hai điểm nối pn, nó phải được phân cực chính xác để nó hoạt động như một bộ khuếch đại cơ sở chung . Đó là đường giao nhau gốc-phát được phân cực thuận.

Hãy xem xét cấu hình bộ khuếch đại cơ bản chung cơ bản bên dưới.

Bộ khuếch đại cơ sở chung sử dụng bóng bán dẫn NPN

Sau đó, chúng ta có thể thấy từ cấu hình cơ sở chung cơ bản rằng các biến đầu vào liên quan đến dòng điện phát I E và điện áp cực phát, V BE , trong khi các biến đầu ra liên quan đến dòng điện cực thu I C và điện áp gốc cực thu, V CB .

Kể từ khi phát hiện, tôi E cũng là đầu vào hiện tại, bất kỳ thay đổi vào đầu vào hiện tại sẽ tạo ra một sự thay đổi tương ứng trong các nhà sưu tập hiện tại, tôi C . Đối với một cấu hình bộ khuếch đại cơ sở chung, lợi ích hiện tại, A i được cho là tôi OUT / i TRÊN mà tự nó được xác định bởi công thức I C / I E . Độ lợi hiện tại cho cấu hình CB được gọi là Alpha, (  α  ).

Trong bộ khuếch đại BJT, dòng phát luôn lớn hơn dòng thu vì I E  = I B  + I C , độ lợi dòng ( α ) của bộ khuếch đại do đó phải nhỏ hơn một (đồng nhất) vì I C luôn nhỏ hơn I E bởi giá trị của tôi B . Do đó, bộ khuếch đại CB làm giảm dòng điện, với các giá trị điển hình của alpha nằm trong khoảng từ 0,980 đến 0,995.

Mối quan hệ điện giữa ba dòng điện của bóng bán dẫn có thể được hiển thị để đưa ra các biểu thức cho alpha, α và Beta, β như hình bên.

Tăng cường dòng điện khuếch đại cơ sở chung

Do đó, nếu giá trị Beta của bóng bán dẫn tiếp giáp lưỡng cực tiêu chuẩn là 100, thì giá trị của Alpha sẽ được cho là: 100/101 = 0,99.

Tăng điện áp bộ khuếch đại cơ sở chung

Vì bộ khuếch đại cơ sở chung không thể hoạt động như bộ khuếch đại dòng điện (A i  ≅ 1), do đó nó phải có khả năng hoạt động như bộ khuếch đại điện áp. Việc đạt được điện áp cho bộ khuếch đại cơ sở chung là tỷ lệ V OUT / V TRÊN , có nghĩa là các nhà sưu tập điện áp V C đến emitter điện áp V E . Nói cách khác, V OUT = V C và V TRÊN = V E .

như điện áp đầu ra V OUT được phát triển trên kháng thu, R C , điện áp đầu ra phải do đó là một chức năng của tôi C kể từ Luật Ohms, V RC  = I C * R C . Vì vậy, bất kỳ sự thay đổi trong tôi E sẽ có một sự thay đổi tương ứng trong tôi C .

Sau đó, chúng ta có thể nói đối với một cấu hình bộ khuếch đại cơ sở chung rằng:

Vì I C / I E là alpha, chúng ta có thể trình bày độ lợi điện áp của bộ khuếch đại là:

Do đó, độ lợi điện áp nhiều hơn hoặc ít hơn bằng tỷ số của điện trở thu và điện trở phát. Tuy nhiên, có một điểm tiếp giáp pn-diode duy nhất trong một bóng bán dẫn đường giao nhau lưỡng cực giữa cực gốc và cực phát làm phát sinh cái gọi là điện trở phát động của bóng bán dẫn, r'e .

Đối với tín hiệu đầu vào AC, điểm nối diode phát có điện trở tín hiệu nhỏ hiệu dụng được cho bởi: r'e = 25mV / I E , trong đó 25mV là điện áp nhiệt của điểm nối pn và I E là dòng điện phát. Vì vậy, khi dòng điện chạy qua bộ phát tăng, điện trở của bộ phát sẽ giảm một lượng tương ứng.

Một số đầu vào dòng điện chạy qua base-emitter kháng ngã ba nội này để các cơ sở cũng như thông qua các điện trở phát từ bên ngoài kết nối R E . Để phân tích tín hiệu nhỏ, hai điện trở này được kết nối song song với nhau.

Vì giá trị của r'e là rất nhỏ và R E thường lớn hơn nhiều, thường là trong phạm vi kilohms (kΩ), độ lớn của độ lợi điện áp bộ khuếch đại thay đổi linh hoạt với các mức khác nhau của dòng phát.

Do đó nếu R E  ≫ r'e thì độ lợi điện áp thực của bộ khuếch đại cơ sở chung sẽ là:

Bởi vì độ lợi dòng điện xấp xỉ bằng một khi I C  ≅ I E , khi đó phương trình độ lợi điện áp đơn giản hóa thành:

Vì vậy, nếu ví dụ, 1mA của dòng điện chạy qua điểm nối đế phát, trở kháng động của nó sẽ là 25mV / 1mA = 25Ω. Độ lợi vôn, A V đối với điện trở tải cực thu 10kΩ sẽ là: 10.000 / 25 = 400, và càng nhiều dòng điện chạy qua đường giao nhau, thì điện trở động của nó càng thấp và độ lợi điện áp càng cao.

Tương tự, giá trị của điện trở tải càng cao thì độ tăng điện áp của bộ khuếch đại càng lớn. Tuy nhiên, một thực tế cơ sở chung khuếch đại mạch sẽ khó có khả năng sử dụng một lớn hơn tải điện trở hơn khoảng 20kΩ với các giá trị tiêu biểu của loạt tăng điện áp từ khoảng 100-2000 tùy thuộc vào giá trị của R C . Lưu ý rằng độ lợi công suất của bộ khuếch đại bằng với độ lợi điện áp của nó.

Vì mức tăng điện áp của bộ khuếch đại cơ sở chung phụ thuộc vào tỷ số của hai giá trị điện trở, do đó, không có sự đảo pha giữa bộ phát và bộ thu. Do đó các dạng sóng đầu vào và đầu ra là “cùng pha” với nhau cho thấy rằng bộ khuếch đại cơ sở chung là cấu hình bộ khuếch đại không đảo.

Tăng điện trở của bộ khuếch đại thu chung

Một trong những đặc điểm thú vị của mạch khuếch đại cơ bản chung là tỷ lệ trở kháng đầu vào và đầu ra của nó tạo ra cái được gọi là Độ tăng kháng cự của bộ khuếch đại , đặc tính cơ bản giúp khuếch đại khả thi. Chúng ta đã thấy ở trên rằng đầu vào được kết nối với bộ phát và đầu ra được lấy từ bộ thu.

Giữa đầu vào và đầu nối đất có thể có hai đường dẫn điện trở song song. Một thông qua điện trở của máy phát, R E nối đất và một thông qua r'e và đầu cuối cơ sở nối đất. Vì vậy, chúng ta có thể nói rằng nhìn vào bộ phát với cơ sở là: Z IN  = R E || r'e .

Nhưng vì điện trở của bộ phát động, r'e rất nhỏ so với R E ( r'e≪R E ), điện trở của bộ phát động bên trong, r'e chiếm ưu thế trong phương trình dẫn đến trở kháng đầu vào thấp xấp xỉ bằng r'e

Vì vậy, đối với cấu hình cơ sở chung, trở kháng đầu vào rất thấp và tùy thuộc vào giá trị của trở kháng nguồn, R S được kết nối với đầu cực phát, giá trị trở kháng đầu vào có thể nằm trong khoảng từ 10Ω đến 200Ω. Trở kháng đầu vào thấp của mạch khuếch đại cơ sở chung là một trong những lý do chính cho các ứng dụng hạn chế của nó như một bộ khuếch đại tầng đơn.

Trở kháng đầu ra của bộ khuếch đại CB tuy nhiên, có thể cao tùy thuộc vào sức đề kháng thu dùng để điều khiển sự tăng điện áp và kết nối điện trở tải bên ngoài, R L . Nếu một sức đề kháng tải được kết nối qua thiết bị đầu cuối bộ khuếch đại đầu ra, nó được kết nối một cách hiệu quả song song với điện trở thu, sau đó Z OUT  = R C || R L .

Nhưng nếu R E rất lớn so với R C thì điện trở bộ phát sẽ chiếm ưu thế trong phương trình dẫn đến trở kháng đầu ra vừa phải xấp xỉ bằng R C , do đó trở kháng đầu ra nhìn lại đầu cực thu sẽ đơn giản là: Z OUT  = R C .

Vì trở kháng đầu ra của bộ khuếch đại nhìn lại đầu cực thu có thể rất lớn, mạch cơ sở chung hoạt động gần giống như một nguồn dòng lý tưởng lấy dòng điện đầu vào từ phía trở kháng đầu vào thấp và gửi dòng điện đến phía trở kháng đầu ra cao. Mạch cơ sở chung do đó còn được gọi là bộ đệm dòng điện hoặc bộ theo dòng .

Tóm tắt bộ khuếch đại cơ sở chung

Chúng ta đã thấy ở đây trong hướng dẫn này về Bộ khuếch đại cơ sở chung rằng nó có mức tăng dòng (alpha) xấp xỉ một (thống nhất), nhưng cũng có mức tăng điện áp có thể rất cao với các giá trị điển hình nằm trong khoảng từ 100 đến hơn 2000 tùy thuộc vào giá trị của điện trở cực thu R L đã dùng.

Chúng ta cũng đã thấy rằng trở kháng đầu vào của mạch khuếch đại là rất thấp, nhưng trở kháng đầu ra có thể rất cao. Chúng tôi cũng đã nói rằng bộ khuếch đại cơ sở chung không đảo ngược tín hiệu đầu vào vì nó là cấu hình bộ khuếch đại không đảo.

Do các đặc tính trở kháng đầu vào-đầu ra của nó, việc bố trí bộ khuếch đại cơ sở chung là cực kỳ hữu ích trong các ứng dụng âm thanh và tần số vô tuyến như một bộ đệm hiện tại để khớp nguồn trở kháng thấp với tải trở kháng cao hoặc như một bộ khuếch đại tầng đơn như một phần của cấu hình cascoded hoặc nhiều tầng trong đó một tầng khuếch đại được sử dụng để điều khiển tầng khác.