Common base
Nachfolgend werden einige Anwendungsbeispiele ausführlich beschrieben. Es folgt ein kurzer Überblick.
- Die in den Emitterknoten hineinblickende Verstärkereingangsimpedanz Rin ist sehr niedrig, etwa gegeben durch
R in = r E = V T I E , {\displaystyle R_{\text{in}}=r_{E}={\frac {V_{T}}{I_{E}}}}},}
wobei VT die thermische Spannung und IE der Gleichstrom des Emitters ist. Zum Beispiel für VT = 26 mV und IE = 10 mA, eher typische Werte, Rin = 2,6 Ω. Wenn IE reduziert wird, um Rin zu erhöhen, gibt es andere Konsequenzen wie niedrigere Transkonduktanz, höherer Ausgangswiderstand und niedrigerer β, die ebenfalls berücksichtigt werden müssen. Eine praktische Lösung für dieses Problem mit niedriger Eingangsimpedanz besteht darin, eine gemeinsame Emitterstufe am Eingang zu platzieren, um einen Kaskodeverstärker zu bilden.
- Weil die eingangs impedanz ist so niedrig, die meisten signal quellen haben größere quelle impedanz als die gemeinsame-basis verstärker Rin. Die Folge ist, dass die Quelle einen Strom an den Eingang liefert und keine Spannung, selbst wenn es sich um eine Spannungsquelle handelt. (Nach Nortons Theorem ist dieser Strom ungefähr iin = vS / RS). Wenn das Ausgangssignal auch ein Strom ist, ist der Verstärker ein Strompuffer und liefert den gleichen Strom wie der Eingang. Wenn der Ausgang als Spannung genommen wird, ist der Verstärker ein Transwiderstandsverstärker und liefert eine von der Lastimpedanz abhängige Spannung, beispielsweise vout = iin RL für eine Widerstandslast RL, deren Wert viel kleiner ist als der Verstärkerausgangswiderstand Rout. Das heißt, die Spannungsverstärkung beträgt in diesem Fall (im Folgenden näher erläutert)
v out = i in R L = v s R L R S ⇒ A v = v out v S = R L R S. {\displaystyle v_{\text{out}}=i_{\text{in}}R_{L}=v_{s}{\frac {R_{L}}{R_{S}}}\Rechtwinklig A_{v}={\frac {v_{\text{out}}}{v_{S}}}={\frac {R_{L}}{R_{S}}}.}
Beachten Sie, dass sich die Ausgangsimpedanz für Quellenimpedanzen wie RS ≫ rE Rout = RC || nähert .
- Für den speziellen Fall von sehr niederohmigen Quellen arbeitet der Common-Base-Verstärker als Spannungsverstärker, eines der unten diskutierten Beispiele. In diesem Fall (weiter unten näher erläutert) wird die Spannungsverstärkung bei RS ≪ rE und RL ≪ Rout
A v = v out v S = R L r E ≈ g m R L , {\displaystyle A_{v}={\frac {v_{\text{out}}}{v_{S}}}={\frac {R_{L}}{r_{E}}}\approx g_{m}R_{L},}
wobei gm = IC / VT die Transkonduktanz ist. Beachten Sie, dass für niedrige Quellenimpedanz Rout = rO || RC .
- Die Einbeziehung von rO in das Hybrid-Pi-Modell sagt eine umgekehrte Übertragung vom Verstärkerausgang zu seinem Eingang voraus, dh der Verstärker ist bilateral. Dies hat zur Folge, dass die Eingangs-/Ausgangsimpedanz von der Last-/Quellenabschlussimpedanz beeinflusst wird, so dass beispielsweise der Ausgangswiderstand Rout über den Bereich rO||RC ≤ Rout ≤(β+1) rO||RC in Abhängigkeit vom Quellenwiderstand RS variieren kann. Der Verstärker kann als einseitig angenähert werden, wenn die Vernachlässigung von rO genau ist (gültig für niedrige Verstärkungen und niedrige bis mäßige Lastwiderstände), was die Analyse vereinfacht. Diese Annäherung wird häufig in diskreten Designs vorgenommen, kann jedoch in HF-Schaltungen und in integrierten Schaltungsdesigns, bei denen normalerweise aktive Lasten verwendet werden, weniger genau sein.
Spannungsverstärkerbearbeiten
Für den Fall, dass die Common-Base-Schaltung als Spannungsverstärker verwendet wird, ist die Schaltung in Abbildung 2 dargestellt.
Der Ausgangswiderstand ist groß, mindestens RC//rO, der Wert, der bei niedriger Quellenimpedanz (RS ≪ rE) entsteht. Ein großer Ausgangswiderstand ist in einem Spannungsverstärker unerwünscht, da er zu einer schlechten Spannungsteilung am Ausgang führt. Nichtsdestotrotz ist die Spannungsverstärkung auch für kleine Lasten spürbar: Gemäß der Tabelle beträgt die Verstärkung bei RS = rE Av = gm RL / 2. Bei größeren Quellenimpedanzen wird die Verstärkung durch das Widerstandsverhältnis RL / RS und nicht durch die Transistoreigenschaften bestimmt, was ein Vorteil sein kann, wenn Unempfindlichkeit gegenüber Temperatur- oder Transistorschwankungen wichtig ist.
Eine Alternative zur Verwendung des Hybrid-Pi-Modells für diese Berechnungen ist eine allgemeine Technik, die auf Zwei-Port-Netzwerken basiert. In einer Anwendung wie dieser, in der die Spannung der Ausgang ist, könnte beispielsweise der Einfachheit halber ein g-äquivalenter Zwei-Port ausgewählt werden, da im Ausgangsport ein Spannungsverstärker verwendet wird.
Bei RS-Werten in der Nähe von rE ist der Verstärker Übergang zwischen Spannungsverstärker und Strompuffer. Für RS >> rE sollte die Treiberdarstellung als Thévenin-Quelle durch eine Darstellung mit einer Norton-Quelle ersetzt werden. Die gemeinsame Basisschaltung hört auf, sich wie ein Spannungsverstärker zu verhalten, und verhält sich wie ein Stromfolger, wie als nächstes besprochen.
Aktuelle Followerbearbeiten
Abbildung 3 zeigt den gemeinsamen Basisverstärker, der als Stromfolger verwendet wird. Das Schaltungssignal wird von einer AC-Norton-Quelle (Strom IST, Norton-Widerstand RS) am Eingang bereitgestellt, und die Schaltung hat eine Widerstandslast RL am Ausgang.
Wie bereits erwähnt, ist dieser Verstärker bilateral als Folge des Ausgangswiderstands rO, der den Ausgang mit dem Eingang verbindet. In diesem Fall ist der Ausgangswiderstand auch im schlimmsten Fall groß (er ist mindestens rO // RC und kann für große RS (β + 1) rO || RC werden). Ein großer Ausgangswiderstand ist ein wünschenswertes Merkmal einer Stromquelle, da eine günstige Stromteilung den größten Teil des Stroms an die Last sendet. Die Stromverstärkung ist fast doppelt so lang wie RS ≫ rE.
Eine alternative Analysetechnik basiert auf Zwei-Port-Netzwerken. In einer Anwendung wie dieser, in der Strom der Ausgang ist, wird beispielsweise ein h-äquivalenter Zwei-Port ausgewählt, da im Ausgangsport ein Stromverstärker verwendet wird.
