В электронике усилитель с общей базой (также известный как усилитель с заземленной базой ) — одна из трех основных топологий однокаскадного усилителя на биполярном транзисторе (БПТ), обычно используемая в качестве буфера тока или усилителя напряжения .
В этой схеме вывод эмиттера транзистора служит входом, коллектор — выходом, а база подключена к земле или «общему проводу», отсюда и название. Аналогичная схема на полевом транзисторе — это усилитель с общим затвором .
Такая компоновка не очень распространена в низкочастотных дискретных схемах, где она обычно используется для усилителей, которым требуется необычно низкий входной импеданс , например, чтобы действовать как предусилитель для микрофонов с подвижной катушкой . Тем не менее, она популярна в интегральных схемах и в высокочастотных усилителях, например, для VHF и UHF , поскольку ее входная емкость не страдает от эффекта Миллера , который ухудшает полосу пропускания конфигурации с общим эмиттером , и из-за относительно высокой изоляции между входом и выходом. Эта высокая изоляция означает, что существует небольшая обратная связь от выхода обратно на вход, что приводит к высокой стабильности.
Эта конфигурация также полезна в качестве буфера тока, поскольку имеет коэффициент усиления тока приблизительно равный единице (см. формулы ниже). Часто таким образом используется общая база, которой предшествует каскад с общим эмиттером. Сочетание этих двух конфигураций образует каскодную конфигурацию, которая обладает несколькими преимуществами каждой конфигурации, такими как высокое входное сопротивление и изоляция.
На низких частотах и в условиях слабого сигнала схема на рисунке 1 может быть представлена схемой на рисунке 2, где использована гибридная пи-модель для биполярного транзистора. Входной сигнал представлен источником напряжения Тевенина v s с последовательным сопротивлением R s , а нагрузка — резистором R L . Эту схему можно использовать для получения следующих характеристик усилителя с общей базой.
В целом, общий коэффициент усиления напряжения/тока может быть существенно меньше коэффициентов усиления холостого хода/короткого замыкания, перечисленных выше (в зависимости от сопротивлений источника и нагрузки) из-за эффекта нагрузки .
Для усиления напряжения диапазон допустимого размаха выходного напряжения в этом усилителе привязан к коэффициенту усиления напряжения при использовании резисторной нагрузки R C , как на рисунке 1. То есть большой коэффициент усиления напряжения требует большого R C , а это, в свою очередь, подразумевает большое падение постоянного напряжения на R C . Для заданного напряжения питания, чем больше это падение, тем меньше транзистор V CB и тем меньше допустимый размах выходного напряжения до насыщения транзистора, что приводит к искажению выходного сигнала. Чтобы избежать этой ситуации, можно использовать активную нагрузку , например токовое зеркало . Если сделан такой выбор, значение R C в таблице выше заменяется выходным сопротивлением малого сигнала активной нагрузки, которое, как правило, по крайней мере так же велико, как r O активного транзистора на рисунке 1. С другой стороны, падение постоянного напряжения на активной нагрузке имеет фиксированное низкое значение ( напряжение соответствия активной нагрузки), намного меньшее, чем падение постоянного напряжения, возникающее для сопоставимого усиления с использованием резистора R C . То есть активная нагрузка накладывает меньше ограничений на размах выходного напряжения. Обратите внимание, что независимо от наличия активной нагрузки большое усиление переменного тока по-прежнему связано с большим выходным сопротивлением переменного тока, что приводит к плохому делению напряжения на выходе, за исключением случаев больших нагрузок R L ≫ R out .
При использовании в качестве буфера тока коэффициент усиления не зависит от R C , но выходное сопротивление зависит. Из-за деления тока на выходе желательно иметь выходное сопротивление буфера, намного большее, чем управляемая нагрузка R L , чтобы на нагрузку можно было подавать большие токи сигнала. Если используется резистор R C , как на рисунке 1, большое выходное сопротивление связано с большим R C , снова ограничивая размах сигнала на выходе. (Несмотря на то, что ток подается на нагрузку, обычно большой токовый сигнал в нагрузке подразумевает также большой размах напряжения на нагрузке.) Активная нагрузка обеспечивает высокое выходное сопротивление переменного тока с гораздо менее серьезным влиянием на амплитуду размаха выходного сигнала.
Несколько примеров приложений подробно описаны ниже. Далее следует краткий обзор.
Для случая, когда в качестве усилителя напряжения используется схема с общей базой, схема показана на рисунке 2.
Выходное сопротивление велико, по крайней мере R C || r O , значение, которое возникает при низком импедансе источника ( R S ≪ r E ). Большое выходное сопротивление нежелательно в усилителе напряжения, так как приводит к плохому делению напряжения на выходе. Тем не менее, усиление напряжения заметно даже при малых нагрузках: согласно таблице, при R S = r E усиление равно A v = g m RL / 2 . При больших импедансах источника усиление определяется отношением резисторов RL / R S , а не свойствами транзистора, что может быть преимуществом там, где важна нечувствительность к температуре или изменениям транзистора.
Альтернативой использованию гибридной пи-модели для этих расчетов является общая методика, основанная на двухпортовых сетях . Например, в таком приложении, где напряжение является выходом, для простоты можно выбрать g-эквивалентный двухпортовый, поскольку он использует усилитель напряжения в выходном порту.
Для значений R S вблизи r E усилитель является переходным между усилителем напряжения и буфером тока. Для R S ≫ r E представление драйвера как источника Тевенина должно быть заменено представлением с источником Нортона . Схема с общей базой перестает вести себя как усилитель напряжения и ведет себя как повторитель тока, как обсуждается далее.
На рисунке 3 показан усилитель с общей базой, используемый в качестве токового повторителя. Сигнал схемы обеспечивается источником переменного тока Нортона (ток I S , сопротивление Нортона R S ) на входе, а схема имеет резистивную нагрузку R L на выходе.
Как упоминалось ранее, этот усилитель является двусторонним вследствие выходного сопротивления r O , которое соединяет выход со входом. В этом случае выходное сопротивление велико даже в худшем случае (оно составляет по крайней мере r O || RC и может стать (β + 1) r O || RC для большого R S ). Большое выходное сопротивление является желательным атрибутом источника тока, поскольку благоприятное разделение тока направляет большую часть тока в нагрузку. Коэффициент усиления по току очень близок к единице, пока R S ≫ r E .
Альтернативный метод анализа основан на двухпортовых сетях . Например, в таком приложении, где выходом является ток, выбирается h-эквивалентный двухпортовый, поскольку он использует усилитель тока в выходном порту.
