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마지막 공통 베이스 증폭기! 냥냥김치! Common base Amplifier :)

전자김치 2023. 12. 22. 09:30

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공통 베이스 증폭기

공통 베이스 증폭기의 경우 입력은 이미터 단자에 적용되고 출력은 BJT 트랜지스터의 컬렉터 단자에서 가져옵니다.

공통 베이스 증폭기는 BJT(바이폴라 접합 트랜지스터) 구성의 또 다른 유형으로, 트랜지스터의 베이스 단자가 입력 및 출력 신호 모두에 대한 공통 단자이기 때문에 이름이 공통 베이스 (CB)입니다. 공통 기본 구성은 널리 사용되는 공통 이미터 (CE) 또는 공통 컬렉터 (CC) 구성 에 비해 증폭기로서 덜 일반적이지만 고유한 입력/출력 특성으로 인해 여전히 사용됩니다.

증폭기로 작동하는 공통 기본 구성의 경우 입력 신호는 이미터 단자에 적용되고 출력은 컬렉터 단자에서 가져옵니다. 따라서 이미터 전류는 입력 전류이기도 하고 컬렉터 전류도 출력 전류이지만 트랜지스터는 3층, 2개의 pn 접합 장치이므로 공통 기본 증폭기 로 작동하려면 올바르게 바이어스되어야 합니다 . 즉, 베이스-이미터 접합이 순방향 바이어스됩니다.

아래의 기본 공통 베이스 증폭기 구성을 고려하십시오.

NPN 트랜지스터를 사용하는 공통 베이스 증폭기

그런 다음 기본 공통 기본 구성에서 입력 변수는 이미터 전류 I E 및 베이스-이미터 전압 V BE 와 관련 이 있고 출력 변수는 컬렉터 전류 I C 및 컬렉터 베이스 전압 V 와 관련이 있음을 알 수 있습니다. CB .

이미터 전류 I E 는 입력 전류이기도 하므로 입력 전류에 대한 모든 변화는 콜렉터 전류 I C 에도 상응하는 변화를 생성합니다 . 공통 베이스 증폭기 구성의 경우 전류 이득 A i 는 i OUT /i IN 으로 주어지며 그 자체는 공식 I C /I E 에 의해 결정됩니다 . CB 구성의 전류 이득을 알파( α )라고 합니다.

BJT 증폭기에서 이미터 전류는 I E = I B + IC 처럼 항상 컬렉터 전류보다 큽니다 . 그러므로 증폭기의 전류 이득( α )은 IC 가 항상 I 보다 작기 때문에 1 (1)보다 작아야 합니다. E를 I B 값으로 나눈 값입니다 . 따라서 CB 증폭기는 0.980에서 0.995 사이의 일반적인 알파 값으로 전류를 감쇠시킵니다.

세 개의 트랜지스터 전류 사이의 전기적 관계는 그림과 같이 알파, α 및 베타, β 에 대한 표현을 제공하도록 표시될 수 있습니다.

증폭기 전류 이득

따라서 표준 바이폴라 접합 트랜지스터의 베타 값이 100이면 알파 값은 100/101 = 0.99로 제공됩니다.

증폭기 전압 이득

공통 베이스 증폭기는 전류 증폭기(A i ≅ 1)로 작동할 수 없으므로 전압 증폭기로 작동할 수 있는 능력이 있어야 합니다. 공통 베이스 증폭기의 전압 이득은 V OUT /V IN , 즉 콜렉터 전압 VC 대 이미 터 전압 VE 의 비율입니다 . 즉, V OUT = VC 이고 V IN = VE 입니다 .

출력 전압 V OUT 이 컬렉터 저항 R C 에 걸쳐 발생하므로 출력 전압은 옴의 법칙 V RC = I C *R C 에서와 같이 I C 의 함수여야 합니다 . 따라서 I E 의 모든 변경사항은 I C 에도 해당 변경사항을 갖습니다 .

그러면 공통 베이스 증폭기 구성에 대해 다음과 같이 말할 수 있습니다.

I C /I E 는 알파 이므로 증폭기 전압 이득을 다음과 같이 나타낼 수 있습니다.

따라서 전압 이득은 콜렉터 저항과 이미터 저항의 비율과 거의 동일합니다. 그러나 베이스와 이미터 단자 사이의 바이폴라 접합 트랜지스터 내에는 단일 pn-다이오드 접합이 있어 트랜지스터 동적 이미터 저항 r'e 이라고 불리는 것을 발생시킵니다 .

AC 입력 신호의 경우 이미터 다이오드 접합에는 r'e = 25mV/I E 로 주어진 유효 소신호 저항이 있습니다 . 여기서 25mV는 pn 접합의 열 전압이고 I E 는 이미터 전류입니다. 따라서 이미터를 통해 흐르는 전류가 증가함에 따라 이미터 저항은 그에 비례하여 감소합니다.

입력 전류 중 일부는 이 내부 베이스-이미터 접합 저항을 통해 베이스로 흐르고 외부에 연결된 이미터 저항 R E 를 통해 흐릅니다 . 소신호 분석을 위해 이 두 저항은 서로 병렬로 연결됩니다.

r'e 의 값은 매우 작고 R E는 일반적으로 킬로옴(kΩ) 범위에서 훨씬 더 크므로 증폭기 전압 이득의 크기는 이미터 전류의 다양한 레벨에 따라 동적으로 변경됩니다.

따라서 R E ≫ r'e 이면 공통 기본 증폭기의 실제 전압 이득은 다음과 같습니다.

전류 이득은 I C ≅ I E 와 거의 같기 때문에 전압 이득 방정식은 다음과 같이 단순화됩니다.

따라서 예를 들어 1mA의 전류가 이미터-베이스 접합을 통해 흐른다면 동적 임피던스는 25mV/1mA = 25Ω이 됩니다. 10kΩ의 콜렉터 부하 저항에 대한 전압 이득 AV 는 10,000/25 = 400이며, 접합을 통해 흐르는 전류가 많을수록 동적 저항이 낮아지고 전압 이득이 높아집니다.

마찬가지로 부하 저항 값이 높을수록 증폭기 전압 이득도 커집니다. 그러나 실제 공통 베이스 증폭기 회로는 R C 값에 따라 약 100 ~ 2000 범위의 전압 이득 범위를 갖는 약 20kΩ보다 큰 부하 저항을 사용하지 않을 것입니다 . 증폭기의 전력 이득은 전압 이득과 거의 동일합니다.

공통 베이스 증폭기 의 전압 이득은 이 두 저항 값의 비율에 따라 달라지므로 이미터와 컬렉터 사이에는 위상 반전이 없습니다. 따라서 입력 및 출력 파형은 공통 기본 증폭기가 비반전 증폭기 구성임을 보여주는 서로 "동위상"입니다.

증폭기 저항 이득

공통 베이스 증폭기 회로의 흥미로운 특성 중 하나는 증폭을 가능하게 하는 기본 속성 인 증폭기 저항 게인 (Resistance Gain) 을 발생시키는 입력 및 출력 임피던스의 비율입니다 . 위에서 입력은 이미터에 연결되고 출력은 컬렉터에서 가져오는 것을 확인했습니다.

입력 단자와 접지 단자 사이에는 두 가지 가능한 병렬 저항 경로가 있습니다. 하나는 이미터 저항을 통해, RE 는 접지로, 다른 하나는 r'e 와 베이스 단자를 통해 접지로 연결됩니다. 따라서 베이스가 접지된 이미터를 살펴보면 다음과 같이 말할 수 있습니다. Z IN = R E ||r'e .

그러나 동적 이미터 저항 r'e는 내부 동적 이미터 저항인 R E ( r'e``R E ) 에 비해 매우 작기 때문에 방정식을 지배하므로 r'e 와 거의 같은 낮은 입력 임피던스가 발생합니다.

따라서 공통 기본 구성의 경우 입력 임피던스는 매우 낮으며 이미터 단자에 연결된 소스 임피던스 RS 값 에 따라 입력 임피던스 값은 10Ω에서 200Ω 사이가 될 수 있습니다. 공통 베이스 증폭기 회로의 낮은 입력 임피던스는 단일 스테이지 증폭기로서 응용이 제한된 주요 이유 중 하나입니다.

그러나 CB 증폭기의 출력 임피던스는 전압 이득을 제어하는 데 사용되는 콜렉터 저항과 연결된 외부 부하 저항 R L 에 따라 높을 수 있습니다 . 부하 저항이 증폭기 출력 단자에 걸쳐 연결된 경우 컬렉터 저항과 병렬로 효과적으로 연결되며 Z OUT = R C ||R L 입니다 .

그러나 외부에 연결된 부하 저항 R L 이 컬렉터 저항 R C 에 비해 매우 크면 RC 가 병렬 방정식을 지배하게 되어 중간 정도의 출력 임피던스 Z OUT 이 발생하여 RC 와 거의 동일해집니다 . 그러면 공통 기본 구성의 경우 컬렉터 단자를 되돌아보는 출력 임피던스는 다음과 같습니다. Z OUT = R C .

컬렉터 단자를 되돌아보는 증폭기의 출력 임피던스는 잠재적으로 매우 클 수 있으므로 공통 베이스 회로는 낮은 입력 임피던스 측에서 입력 전류를 가져와서 높은 출력 임피던스 측으로 전류를 보내는 이상적인 전류원과 거의 유사하게 작동합니다. . 따라서 공통 베이스 트랜지스터 구성은 전류 버퍼 또는 전류 팔로어 구성 이라고도 하며 , 공통 컬렉터(CC) 구성의 반대인 전압 팔로어 라고도 합니다 .