Amplificateurs Transistor Base Commune : Conception, Analyse et Applications

L'amplificateur base commune est le moins courant des trois configurations transistor de base, principalement parce que ses caractéristiques de fonctionnement diffèrent nettement des circuits émetteur commun et collecteur commun. Cette section examine sa structure, ses métriques de performance clés et ses cas d'utilisation typiques.

Pourquoi le Nom « Base Commune » ?

Dans cette topologie, la source de signal et la charge partagent la borne de base du transistor comme nœud commun (hors alimentation). L'entrée est appliquée entre l'émetteur et la base, tandis que la sortie est prise entre le collecteur et la base, comme le montre le diagramme ci-dessous.

Puisque le courant d'émetteur doit traverser la source d'entrée, le signal d'entrée doit transporter l'intégralité du courant d'émetteur — généralement le plus grand courant dans le dispositif. Par conséquent, le courant d'entrée peut être considérablement plus grand que le courant de sortie.

Atténuation de Courant et Alpha

Comme le courant d'émetteur domine, le gain de courant (courant de sortie / courant d'entrée) est toujours inférieur à un. Cela contraste avec les étages émetteur commun et collecteur commun, où β (bêta) est le paramètre de gain clé. Pour l'étage base commune, le paramètre pertinent est α (alpha), le rapport du courant de collecteur au courant d'émetteur. Par définition, 0 < α < 1, ce qui explique l'atténuation de courant inhérente.

Caractéristiques du Gain de Tension

Bien que l'étage base commune ne puisse pas amplifier le courant, il peut fournir un gain de tension substantiel. Une simulation SPICE du circuit ci-dessous confirme ce comportement :

common-base amplifier 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

La courbe de transfert DC montre la tension de sortie passant de près de zéro (coupure) à 15,75 V alors que la tension d'entrée balaie de 0,6 V à 1,2 V. Le gain de tension, défini comme le rapport de l'étendue de sortie (15,75 V) à l'étendue d'entrée (0,42 V), est de 37,5 (≈ 31,5 dB). La sortie peut dépasser la tension d'alimentation en raison de l'effet d'aide en série de la source d'entrée.

Une tendance similaire apparaît en simulation AC, où l'entrée et la sortie sont en phase, confirmant que l'étage base commune est non-inverseur.

common-base amplifier 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 0.78m .plot tran v(5,2) v(4) .end

À 2 kHz, l'analyse AC donne un gain de tension de 42,74 (≈ 32,6 dB). Le diagramme de phase ci-dessous illustre les relations de signal et les décalages DC pour les dispositifs NPN et PNP.

Prédiction du Gain de Tension

Contrairement aux deux autres configurations, le gain de tension d'un amplificateur base commune dépend fortement du point de biais DC. La résistance dynamique de la jonction émetteur-base change avec le courant d'émetteur, rendant les prédictions analytiques difficiles. Les simulations informatiques capturent efficacement ce comportement. Par exemple, faire varier la tension de biais tout en gardant l'amplitude AC constante modifie le gain, comme le montre le tableau ci-dessous.

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

La sortie SPICE pour des valeurs de biais de 0,85 V à 1,00 V montre une tendance claire : la fonction de transfert (gain de tension) augmente de 37,6 à 44,0 à mesure que le biais augmente. L'impédance d'entrée correspondante diminue légèrement, tandis que l'impédance de sortie reste fixe à 5 kΩ.

Dans tous les cas, le gain de courant (I(v1)/Iin) reste proche de 0,99, cohérent avec α ≈ β/(β+1) pour β ≈ 100.

Applications Pratiques

En raison de son gain de tension élevé, de sa faible impédance d'entrée et de sa sensibilité réduite aux capacités parasites, la topologie base commune est privilégiée dans les amplificateurs radiofréquence (RF) et les chemins de signal haute vitesse. Sa base mise à la masse offre un excellent blindage de l'entrée émetteur contre le bruit du collecteur, améliorant la stabilité aux hautes fréquences. Les exemples classiques incluent les amplificateurs de puissance RF Classe C et les étages de petit signal Classe A à haut gain.

Points Clés à Retenir

• La borne de base est commune à l'entrée et à la sortie, ce qui donne son nom à la configuration.
• Le gain de courant est toujours < 1 ; le gain de tension peut être très élevé et dépend du biais.
• Alpha (α) gouverne le rapport de courant ; il reste inférieur à l'unité pour tous les transistors.

Lectures Complémentaires

• Fiche d'exercices Amplificateurs BJT Classe A