L'amplificateur de base commune
La configuration finale des amplificateurs à transistors (figure ci-dessous) que nous devons étudier est celle des amplificateurs à base commune . Cette configuration est plus complexe que les deux autres et est moins courante en raison de ses caractéristiques de fonctionnement étranges.
Amplificateur à base commune
Pourquoi est-il appelé amplificateur à base commune ?
C'est ce qu'on appelle la base commune configuration car (source d'alimentation CC mise à part), la source de signal et la charge partagent la base du transistor en tant que point de connexion commun illustré à la figure ci-dessous.
Amplificateur à base commune :entrée entre l'émetteur et la base, sortie entre le collecteur et la base.
La caractéristique la plus frappante de cette configuration est peut-être que la source de signal d'entrée doit transporter le courant d'émetteur complet du transistor, comme indiqué par les flèches épaisses dans la première illustration. Comme nous le savons, le courant d'émetteur est supérieur à tout autre courant dans le transistor, étant la somme des courants de base et de collecteur. Dans les deux dernières configurations d'amplificateur, la source de signal était connectée au fil de base du transistor, gérant ainsi le moins courant possible.
Atténuation du courant dans les amplificateurs à base commune
Étant donné que le courant d'entrée dépasse tous les autres courants du circuit, y compris le courant de sortie, le gain de courant de cet amplificateur est inférieur à 1 (notez comment Rload est connecté au collecteur, transportant ainsi un peu moins de courant que la source de signal). En d'autres termes, il atténue courant plutôt que amplifier ce. Avec les configurations d'amplificateur à émetteur commun et à collecteur commun, le paramètre de transistor le plus étroitement associé au gain était β. Dans le circuit à base commune, nous suivons un autre paramètre de base du transistor :le rapport entre le courant de collecteur et le courant d'émetteur, qui est toujours une fraction inférieure à 1. Cette valeur fractionnaire pour tout transistor est appelée alpha rapport, ou α rapport.
Augmentation de la tension du signal dans les amplificateurs à base commune
Puisqu'il ne peut évidemment pas augmenter le courant du signal, il semble raisonnable de s'attendre à ce qu'il augmente la tension du signal. Une simulation SPICE du circuit dans la figure ci-dessous confirmera cette hypothèse.
Circuit à base commune pour l'analyse DC SPICE.
Fonction de transfert CC de l'amplificateur à base commune n.
Notez dans la figure ci-dessus que la tension de sortie passe de pratiquement rien (coupure) à 15,75 volts (saturation) avec la tension d'entrée balayée sur une plage de 0,6 volt à 1,2 volt. Le tracé de la tension de sortie ne montre pas d'augmentation jusqu'à environ 0,7 volts à l'entrée et se coupe (aplatit) à environ 1,12 volts d'entrée. Cela représente un gain de tension assez important avec une plage de tension de sortie de 15,75 volts et une plage de tension d'entrée de seulement 0,42 volt :un rapport de gain de 37,5, soit 31,48 dB. Notez également comment la tension de sortie (mesurée sur Rload) dépasse l'alimentation (15 volts) à saturation, en raison de l'effet d'aide en série de la source de tension d'entrée.
La deuxième série d'analyses SPICE avec une source de signal CA (et une tension de polarisation CC) raconte la même histoire :un gain de tension élevé
Exemple de circuit
Circuit à base commune pour l'analyse SPICE AC.
Comme vous pouvez le voir, les formes d'onde d'entrée et de sortie de la figure ci-dessous sont en phase les unes avec les autres. Cela nous indique que l'amplificateur à base commune n'est pas inverseur.
L'analyse AC SPICE dans le tableau ci-dessous à une fréquence unique de 2 kHz fournit des tensions d'entrée et de sortie pour le calcul du gain.
Analyse AC de base commune à 2 kHz– netlist suivie de la sortie.
Les chiffres de tension de la deuxième analyse (tableau ci-dessus) montrent un gain de tension de 42,74 (4,274 V/0,1 V), soit 32,617 dB :
Voici une autre vue du circuit dans la figure ci-dessous, résumant les relations de phase et les décalages CC de divers signaux dans le circuit qui vient d'être simulé.
Relations de phase et décalages pour l'amplificateur de base commune NPN.
. . . et pour un transistor PNP :Figure ci-dessous.
Relations de phase et décalages pour l'amplificateur de base commune PNP.
Prédiction du gain de tension
Prédire le gain de tension pour la configuration de l'amplificateur à base commune est assez difficile et implique des approximations du comportement des transistors qui sont difficiles à mesurer directement. Contrairement aux autres configurations d'amplificateur, où le gain de tension était soit défini par le rapport de deux résistances (émetteur commun) soit fixé à une valeur non modifiable (collecteur commun), le gain de tension de l'amplificateur à base commune dépend en grande partie de la quantité de Polarisation CC sur le signal d'entrée. Il s'avère que la résistance interne du transistor entre l'émetteur et la base joue un rôle majeur dans la détermination du gain de tension, et cette résistance change avec différents niveaux de courant à travers l'émetteur.
Bien que ce phénomène soit difficile à expliquer, il est assez facile à démontrer grâce à l'utilisation de simulations informatiques. Simulations SPICE sur un circuit amplificateur à base commune (figure précédente), modifiant légèrement la tension de polarisation CC (vbias dans la figure ci-dessous) tout en maintenant l'amplitude du signal CA et tous les autres paramètres du circuit constants. Au fur et à mesure que le gain de tension change d'une simulation à l'autre, différentes amplitudes de tension de sortie seront notées.
Bien que ces analyses soient toutes menées en mode « fonction de transfert », chacune a d'abord été « prouvée » en mode d'analyse transitoire (tension tracée dans le temps) pour s'assurer que l'ensemble de l'onde était fidèlement reproduit et non « écrêté » en raison d'une mauvaise biaiser. Voir « *.tran 0,02 m 0,78 m » dans la figure ci-dessous, la déclaration d'analyse transitoire « commentée ». Les calculs de gain ne peuvent pas être basés sur des formes d'onde déformées. SPICE peut calculer pour nous le gain CC des petits signaux avec l'instruction ".tf v(4) vin". La sortie est v(4) et l'entrée en tant que 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 0,02 m 0,78 m .tf v(4) vin .end
Liste nette SPICE :base commune, fonction de transfert (gain de tension) pour diverses tensions de polarisation CC. Liste nette SPICE :gain de courant d'ampli de base commune ; Notez l'instruction .tf v(4) vin. Fonction de transfert pour le gain de courant continu I(vin)/Iin ; Notez l'instruction .tf I(vin) Iin.
Sur la ligne de commande, spice -b filename.cir produit une sortie imprimée grâce au .tf instruction :transfer_function, output_impedance et input_impedance. La liste de sortie abrégée provient d'exécutions avec vbias à 0,85, 0,90, 0,95, 1,00 V, comme indiqué dans le tableau ci-dessous.
Sortie SPICE :fonction de transfert de base commune.
Circuit :ampli de base commune vbias=0.85V transfer_function =3.756565e+01 output_impedance_at_v(4) =5.000000e+03 vin#input_impedance =1.317825e+02 Circuit :amp de base commune vbias=0.8753V Ic=1 mA Information sur la fonction de transfert :transfer_function =3.942567e+01 output_impedance_at_v(4) =5.00000e+03 vin#input_impedance =1.255653e+02 Circuit :ampli de base commune vbias=0.9V transfer_function =4.079542e+01 output_impedance_at_v(4) =5.00000e +03 vin#input_impedance =1.213493e+02 Circuit :ampli à base commune vbias=0.95V transfer_function =4.273864e+01 output_impedance_at_v(4) =5.00000e+03 vin#input_impedance =1.158318e+02 Circuit :ampli à base commune vbias =1.00V transfer_function =4.401137e+01 output_impedance_at_v(4) =5.00000e+03 vin#input_impedance =1.124822e+02
Une tendance devrait être évidente dans le tableau ci-dessus. Avec l'augmentation de la tension de polarisation CC, le gain de tension (transfer_function) augmente également. Nous pouvons voir que le gain de tension augmente car chaque simulation suivante (vbias=0,85, 0,8753, 0,90, 0,95, 1,00 V) produit un gain plus important (transfer_function=37,6, 39,4 40,8, 42,7, 44,0), respectivement. Les changements sont en grande partie dus à de minuscules variations de tension de polarisation.
Les trois dernières lignes du tableau ci-dessus (à droite) montrent le I(v1)/Iin gain actuel de 0,99. (Les deux dernières lignes semblent invalides.) Cela a du sens pour β=100 ; =β/(β+1), α=0,99=100/(100-1). La combinaison d'un faible gain de courant (toujours inférieur à 1) et d'un gain de tension quelque peu imprévisible conspire contre la conception de base commune, la reléguant à quelques applications pratiques.
Ces quelques applications incluent les amplificateurs de fréquence radio. La base mise à la terre aide à protéger l'entrée de l'émetteur de la sortie du collecteur, empêchant l'instabilité des amplificateurs RF. La configuration de base commune est utilisable à des fréquences plus élevées que l'émetteur commun ou le collecteur commun. Voir « Amplificateur de puissance RF 750 mW à base commune de classe C » Ch 9. Pour un circuit plus élaboré, voir « Amplificateur à gain élevé à petit signal et à base commune de classe A » Ch 9.
AVIS :
- Base commune Les amplificateurs à transistors sont appelés ainsi parce que les points de tension d'entrée et de sortie partagent le fil de base du transistor en commun, sans tenir compte des alimentations.
- Le gain en courant d'un amplificateur à base commune est toujours inférieur à 1. Le gain en tension est fonction des résistances d'entrée et de sortie, ainsi que de la résistance interne de la jonction émetteur-base, qui est susceptible de changer avec les variations de Tension de polarisation continue. Autant dire que le gain en tension d'un amplificateur à base commune peut être très élevé.
- Le rapport entre le courant de collecteur d'un transistor et le courant d'émetteur est appelé . La valeur α pour tout transistor est toujours inférieure à l'unité, ou en d'autres termes, inférieure à 1.
FICHES DE TRAVAIL CONNEXES :
- Fiche de travail sur les amplificateurs BJT de classe A
Technologie industrielle
- Amplificateur à plusieurs étages
- Le 555 IC
- La formule quadratique
- L'amplificateur de source commune (JFET)
- L'amplificateur à drain commun (JFET)
- L'amplificateur à grille commune (JFET)
- L'amplificateur de source commune (IGFET)
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