Penguat Common-base

Konfigurasi penguat transistor terakhir (Gambar di bawah) yang perlu kita pelajari adalah penguat basis umum . Konfigurasi ini lebih kompleks daripada dua lainnya dan kurang umum karena karakteristik operasinya yang aneh.

Penguat basis umum

Mengapa Disebut Amplifier Common-base?

Ini disebut basis umum konfigurasi karena (sumber daya DC selain), sumber sinyal dan beban berbagi basis transistor sebagai titik koneksi umum yang ditunjukkan pada Gambar di bawah.

Penguat common-base:Input antara emitor dan basis, output antara kolektor dan basis.

Mungkin karakteristik yang paling mencolok dari konfigurasi ini adalah bahwa sumber sinyal input harus membawa arus emitor penuh dari transistor, seperti yang ditunjukkan oleh panah berat pada ilustrasi pertama. Seperti yang kita ketahui, arus emitor lebih besar daripada arus lain di transistor, menjadi jumlah arus basis dan kolektor. Dalam dua konfigurasi penguat terakhir, sumber sinyal dihubungkan ke ujung basis transistor, sehingga menangani paling sedikit saat ini mungkin.

Atenuasi Arus pada Amplifier Common-base

Karena arus masukan melebihi semua arus lain dalam rangkaian, termasuk arus keluaran, penguatan arus penguat ini kurang dari 1 (perhatikan bagaimana Rload terhubung ke kolektor, sehingga membawa arus yang sedikit lebih sedikit daripada sumber sinyal). Dengan kata lain, itu melemahkan arus daripada menguatkan dia. Dengan konfigurasi penguat common-emitter dan common-collector, parameter transistor yang paling erat hubungannya dengan gain adalah . Dalam rangkaian common-base, kita mengikuti parameter transistor dasar lainnya:rasio antara arus kolektor dan arus emitor, yang selalu merupakan pecahan kurang dari 1. Nilai pecahan ini untuk setiap transistor disebut alpha rasio, atau rasio .

Meningkatkan Tegangan Sinyal di Amplifier Common-base

Karena jelas tidak dapat meningkatkan arus sinyal, tampaknya masuk akal untuk mengharapkannya meningkatkan tegangan sinyal. Simulasi SPICE dari rangkaian pada gambar di bawah ini akan membuktikan asumsi itu.

Sirkuit common-base untuk analisis DC SPICE.

penguat basis umum vin 0 1 r1 1 2 100 q1 4 0 2 mod1 v1 3 0 dc 15 rload 3 4 5k .model mod1 npn .dc vin 0.6 1.2 .02 .plot dc v(3,4) .end 

Fungsi transfer DC penguat basis umum n.

Perhatikan pada gambar di atas bahwa tegangan output berubah dari hampir tidak ada (cutoff) menjadi 15,75 volt (saturasi) dengan tegangan input disapu pada kisaran 0,6 volt hingga 1,2 volt. Plot tegangan output tidak menunjukkan kenaikan sampai sekitar 0,7 volt pada input dan terputus (merata) pada input sekitar 1,12 volt. Ini mewakili penguatan tegangan yang agak besar dengan rentang tegangan keluaran 15,75 volt dan rentang tegangan input hanya 0,42 volt:rasio penguatan 37,5, atau 31,48 dB. Perhatikan juga bagaimana tegangan keluaran (diukur pada beban R) melebihi catu daya (15 volt) pada saturasi, karena efek bantuan seri dari sumber tegangan masukan.

Rangkaian analisis SPICE kedua dengan sumber sinyal AC (dan tegangan bias DC) menceritakan kisah yang sama:penguatan tegangan tinggi

Contoh rangkaian

Sirkuit common-base untuk analisis AC SPICE.

Seperti yang Anda lihat, bentuk gelombang input dan output pada Gambar di bawah ini berada dalam fase satu sama lain. Ini memberitahu kita bahwa penguat common-base adalah non-pembalik.

penguat basis umum vin 5 2 sin (0 0.12 2000 0 0) vbias 0 1 dc 0.95 r1 2 1 100 q1 4 0 5 mod1 v1 3 0 dc 15 rload 3 4 5k .model mod1 npn .tran 0.02m 0.78 m .plot tran v(5,2) v(4) .end 

Analisis AC SPICE pada Tabel di bawah pada frekuensi tunggal 2 kHz memberikan tegangan input dan output untuk perhitungan penguatan.

Analisis AC berbasis umum pada 2 kHz– netlist diikuti oleh output.

 penguat common-base vin 5 2 ac 0.1 sin vbias 0 1 dc 0.95 r1 2 1 100 q1 4 0 5 mod1 v1 3 0 dc 15 rload 3 4 5k .model mod1 npn .ac dec 1 2000 2000 .print ac vm (5,2) vm(4,3) .end frekuensi mag(v(5,2)) mag(v(4,3))—————————————————— ————0,000000e+00 1,000000e-01 4.273864e+00

Angka tegangan dari analisis kedua (Tabel di atas) menunjukkan penguatan tegangan sebesar 42,74 (4,274 V / 0,1 V), atau 32,617 dB:

Berikut adalah tampilan lain dari rangkaian pada gambar di bawah, yang merangkum hubungan fasa dan offset DC dari berbagai sinyal dalam rangkaian yang baru saja disimulasikan.

Hubungan fase dan offset untuk penguat basis umum NPN.

. . . dan untuk transistor PNP:Gambar di bawah.

Hubungan fase dan offset untuk penguat basis umum PNP.

Memprediksi Penguatan Tegangan

Memprediksi penguatan tegangan untuk konfigurasi penguat common-base cukup sulit, dan melibatkan perkiraan perilaku transistor yang sulit diukur secara langsung. Tidak seperti konfigurasi penguat lainnya, di mana penguatan tegangan diatur oleh rasio dua resistor (emitor umum) atau ditetapkan pada nilai yang tidak dapat diubah (kolektor umum), penguatan tegangan penguat basis umum sangat bergantung pada jumlah Bias DC pada sinyal input. Ternyata, resistansi transistor internal antara emitor dan basis memainkan peran utama dalam menentukan penguatan tegangan, dan resistansi ini berubah dengan tingkat arus yang berbeda melalui emitor.

Meskipun fenomena ini sulit untuk dijelaskan, namun cukup mudah untuk didemonstrasikan melalui penggunaan simulasi komputer. Simulasi SPICE pada rangkaian penguat common-base (Gambar sebelumnya), mengubah tegangan bias DC sedikit (vbias pada Gambar di bawah) sambil menjaga amplitudo sinyal AC dan semua parameter rangkaian lainnya konstan. Saat penguatan tegangan berubah dari satu simulasi ke simulasi lainnya, amplitudo tegangan keluaran yang berbeda akan dicatat.

Meskipun semua analisis ini akan dilakukan dalam mode "fungsi transfer", masing-masing pertama kali "dibuktikan" dalam mode analisis transien (tegangan diplot dari waktu ke waktu) untuk memastikan bahwa seluruh gelombang direproduksi dengan tepat dan tidak "terpotong" karena kesalahan bias. Lihat “*.tran 0.02m 0.78m” pada Gambar di bawah, pernyataan analisis transien “dikomentari”. Perhitungan penguatan tidak dapat didasarkan pada bentuk gelombang yang terdistorsi. SPICE dapat menghitung penguatan DC sinyal kecil untuk kita dengan pernyataan “.tf v(4) vin”. Keluarannya adalah v(4) dan masukan sebagai vin .

common-base amp vbias=0.85V vin 5 2 sin (0 0.12 2000 0 0) vbias 0 1 dc 0.85 r1 2 1 100 q1 4 0 5 mod1 v1 3 0 dc 15 rload 3 4 5k .model mod1 npn * .tran 0,02m 0,78m .tf v(4) vin .end 

 penguatan arus amp common-base Iin 55 5 0A vin 55 2 sin (0 0,12 2000 0 0) vbias 0 1 dc 0,8753 r1 2 1 100 q1 4 0 5 mod1 v1 3 0 dc 15 rload 3 4 5k .model mod1 npn *.tran 0.02m 0.78m .tf I(v1) Iin .end Informasi fungsi transfer:fungsi transfer =9.900990e-01 impedansi masukan i =9.900923e+11 impedansi keluaran v1 =1.000000e+20

Daftar bersih SPICE:Basis umum, fungsi transfer (penguatan tegangan) untuk berbagai tegangan bias DC. Daftar bersih SPICE:Penguatan arus amp basis umum; Perhatikan pernyataan .tf v(4) vin. Fungsi transfer untuk penguatan arus DC I(vin)/Iin; Perhatikan pernyataan .tf I(vin) Iin.

Pada baris perintah, spice -b filename.cir menghasilkan keluaran tercetak karena .tf pernyataan:transfer_function, output_impedance, dan input_impedance. Daftar keluaran yang disingkat adalah dari menjalankan dengan vbias pada 0.85, 0.90, 0.95, 1.00 V seperti yang tercatat pada Tabel di bawah ini.

Keluaran SPICE:Fungsi transfer basis umum.

 Sirkuit:amp basis umum vbias=0.85V transfer_function =3.756565e+01 output_impedansi_at_v(4) =5.000000e+03 vin#input_impedance =1.317825e+02 Sirkuit:amp basis umum vbias=0.8753V Ic=1 mA Informasi fungsi transfer:transfer_function =3.942567e+01 output_impedance_at_v(4) =5.000000e+03 vin#input_impedance =1.255653e+02 Sirkuit:common-base amp vbias=0.9V fungsi transfer =4.079542e+01 output_impedance_at_v(4) =5.000.000e +03 vin#input_impedance =1.213493e+02 Sirkuit:vbias amp basis-umum=0,95V fungsi_transfer =4.273864e+01 output_impedance_at_v(4) =5.000000e+03 vin#input_impedance =1.158318e+02 Sirkuit:vbias amp basis-umum =1.00V fungsi_transfer =4.401137e+01 output_impedance_at_v(4) =5.000000e+03 vin#input_impedance =1.124822e+02

Sebuah tren harus terlihat pada Tabel di atas. Dengan peningkatan tegangan bias DC, penguatan tegangan (fungsi_transfer) juga meningkat. Kita dapat melihat bahwa penguatan tegangan meningkat karena setiap simulasi berikutnya (vbias=0,85, 0,8753, 0,90, 0,95, 1,00 V) menghasilkan penguatan yang lebih besar (fungsi_transfer=37,6, 39,4 40,8, 42,7, 44,0). Perubahan tersebut sebagian besar disebabkan oleh variasi tegangan bias yang sangat kecil.

Tiga baris terakhir dari Tabel di atas (kanan) menunjukkan I(v1)/Iin keuntungan saat ini sebesar 0,99. (Dua baris terakhir terlihat tidak valid.) Ini masuk akal untuk =100; =/(β+1), =0,99=100/(100-1). Kombinasi penguatan arus rendah (selalu kurang dari 1) dan penguatan tegangan yang agak tidak terduga bertentangan dengan desain basis umum, menurunkannya ke beberapa aplikasi praktis.

Beberapa aplikasi tersebut termasuk penguat frekuensi radio. Basis yang diarde membantu melindungi input pada emitor dari output kolektor, mencegah ketidakstabilan pada amplifier RF. Konfigurasi basis umum dapat digunakan pada frekuensi yang lebih tinggi daripada emitor umum atau kolektor umum. Lihat “Penguat daya RF 750 mW basis umum Kelas C” Bab 9. Untuk rangkaian yang lebih rumit, lihat “Penguat penguatan sinyal kecil berbasis umum Kelas A” Bab 9.

TINJAUAN:

• Dasar bersama penguat transistor disebut demikian karena titik tegangan input dan output berbagi ujung basis transistor yang sama satu sama lain, tidak mempertimbangkan catu daya apa pun.
• Gain arus penguat basis-bersama selalu kurang dari 1. Penguatan tegangan adalah fungsi dari resistansi input dan output, dan juga resistansi internal dari sambungan basis-emitor, yang dapat berubah dengan variasi tegangan bias DC. Cukup untuk mengatakan bahwa penguatan tegangan penguat basis umum bisa sangat tinggi.
• Perbandingan arus kolektor transistor dengan arus emitor disebut . Nilai untuk setiap transistor selalu kurang dari satu, atau dengan kata lain, kurang dari 1.

LEMBAR KERJA TERKAIT:

• Lembar Kerja Amplifier BJT Kelas A