باعث مشترك

📅 آخر تحديث: ٢٣ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٣ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 29 صور
الموسوعة الحرة
الشكل 1: دائرة باعث مشترك أساسية من نوع NPN (مع إهمال تفاصيل الانحياز )

في مجال الإلكترونيات ، يُعدّ مُضخّم الباعث المشترك أحدَ ثلاثة أنواع أساسية من مُضخّمات الترانزستور ثنائي القطب أحادي المرحلة ، ويُستخدم عادةً كمُضخّم جهد . يتميّز هذا المُضخّم بكسب تيار عالٍ (عادةً 200)، ومقاومة دخل متوسطة ، ومقاومة خرج عالية. يكون خرج مُضخّم الباعث المشترك معكوسًا؛ أي أنه بالنسبة لإشارة دخل جيبية ، تكون إشارة الخرج متأخرة في الطور بمقدار 180 درجة عن إشارة الدخل. [ 1 ]

في هذه الدائرة، يعمل طرف قاعدة الترانزستور كمدخل، والمجمع كمخرج، والباعث مشترك بينهما (على سبيل المثال، قد يكون موصولًا بالأرض أو بمصدر الطاقة )، ​​ومن هنا جاء اسمها. تُعرف دائرة الترانزستور ذي التأثير الحقلي المماثلة بمضخم المصدر المشترك ، بينما تُعرف دائرة الصمام الإلكتروني المماثلة بمضخم الكاثود المشترك .

تدهور الباعث

الشكل  2: إضافة مقاومة الباعث تقلل من الكسب، ولكنها تزيد من الخطية والاستقرار

تُنتج مُضخّمات الباعث المشترك خرجًا معكوسًا، وتتميز بكسب عالٍ جدًا قد يختلف اختلافًا كبيرًا من ترانزستور لآخر. ويتأثر الكسب بشدة بكلٍ من درجة الحرارة وتيار الانحياز، لذا يصعب التنبؤ بالكسب الفعلي. كما تُعدّ مشكلة الاستقرار من المشاكل الأخرى المرتبطة بهذه الدوائر عالية الكسب، وذلك بسبب أي تغذية راجعة موجبة غير مقصودة قد تكون موجودة.

من المشاكل الأخرى المرتبطة بالدائرة انخفاض النطاق الديناميكي للإدخال الناتج عن حد الإشارة الصغيرة ؛ إذ يحدث تشويه كبير عند تجاوز هذا الحد، ويتوقف الترانزستور عن العمل كنموذج الإشارة الصغيرة. إحدى الطرق الشائعة للتخفيف من هذه المشاكل هي استخدام تقنية " تدهور الباعث" . ويشير هذا إلى إضافة مقاومة صغيرة بين الباعث ومصدر الإشارة المشترك (مثل مرجع التأريض أو خط إمداد الطاقة ). هذه المعاوقةRهـ{\displaystyle R_{\text{E}}}يقلل من الموصلية الكليةجيم=زم{\displaystyle G_{m}=g_{m}}من الدائرة بمعاملزمRهـ+1{\displaystyle g_{m}R_{\text{E}}+1}مما يؤدي إلى زيادة كسب الجهد

أv≜vخارجvفي=-زمRجزمRهـ+1≈-RجRهـ،{\displaystyle A_{\text{v}}\triangleq {\frac {v_{\text{out}}}{v_{\text{in}}}}={\frac {-g_{m}R_{\text{C}}}{g_{m}R_{\text{E}}+1}}\approx -{\frac {R_{\text{C}}}{R_{\text{E}}}},}

أينزمRهـ≫1{\displaystyle g_{m}R_{\text{E}}\gg 1}.

يعتمد كسب الجهد بشكل شبه حصري على نسبة المقاوماتRج/Rهـ{\displaystyle R_{\text{C}}/R_{\text{E}}}بدلاً من خصائص الترانزستور الجوهرية وغير المتوقعة. وبالتالي، تتحسن خصائص التشوه والاستقرار للدائرة على حساب انخفاض في الكسب.

(على الرغم من أن هذا يوصف غالبًا بأنه " تغذية راجعة سلبية "، لأنه يقلل من الكسب، ويرفع مقاومة الإدخال، ويقلل من التشوه، إلا أنه يسبق اختراع مضخم التغذية الراجعة السلبية ولا يقلل من مقاومة الإخراج أو يزيد من عرض النطاق الترددي، كما يفعل مضخم التغذية الراجعة السلبية الحقيقي. [ 2 ] )

صفات

عند الترددات المنخفضة وباستخدام نموذج هجين باي مبسط، يمكن اشتقاق خصائص الإشارة الصغيرة التالية .

تعريفتعبير
مع تدهور الباعثبدون تدهور الباعث؛ أي R E = 0
كسب التيارأأنا≜أناخارجأنافي{\displaystyle A_{\text{i}}\triangleq {\frac {i_{\text{out}}}{i_{\text{in}}}}\,}β{\displaystyle \beta \,}β{\displaystyle \beta }
كسب الجهدأv≜vخارجvفي{\displaystyle A_{\text{v}}\triangleq {\frac {v_{\text{out}}}{v_{\text{in}}}}\,}-βRجرπ+(β+1)Rهـ{\displaystyle -{\frac {\beta R_{\text{C}}}{r_{\pi }+(\beta +1)R_{\text{E}}}}\,}-زمRج{\displaystyle -g_{m}R_{\text{C}}}
مقاومة الدخلرفي≜vفيأنافي{\displaystyle r_{\text{in}}\triangleq {\frac {v_{\text{in}}}{i_{\text{in}}}}\,}رπ+(β+1)Rهـ{\displaystyle r_{\pi }+(\beta +1)R_{\text{E}}\,}رπ{\displaystyle r_{\pi }}
مقاومة الخرجرخارج≜vخارجأناخارج{\displaystyle r_{\text{out}}\triangleq {\frac {v_{\text{out}}}{i_{\text{out}}}}\,}Rج{\displaystyle R_{\text{C}}\,}Rج{\displaystyle R_{\text{C}}}

إذا لم يكن مقاوم تدهور الباعث موجودًا، فـRهـ=0Ω{\displaystyle R_{\text{E}}=0\,\Omega }وتتبسط التعبيرات فعليًا إلى تلك الواردة في العمود الأيمن (لاحظ أن كسب الجهد قيمة مثالية؛ أما الكسب الفعلي فهو غير قابل للتنبؤ إلى حد ما). وكما هو متوقع، عندماRهـ{\displaystyle R_{\text{E}}\,}عند زيادة ، تزداد مقاومة الدخل ويزداد كسب الجهدأv{\displaystyle A_{\text{v}}\,}يتم تقليله.

عرض النطاق الترددي

يميل عرض نطاق مكبر الباعث المشترك إلى أن يكون منخفضًا بسبب السعة العالية الناتجة عن تأثير ميلر . سعة القاعدة-المجمع الطفيليةجسي بي{\displaystyle C_{\text{CB}}\,}يبدو وكأنه مكثف طفيلي أكبرجسي بي(1-أv){\displaystyle C_{\text{CB}}(1-A_{\text{v}})\,}(أينأv{\displaystyle A_{\text{v}}\,}(سالبة) من القاعدة إلى الأرض . [ 3 ] يقلل هذا المكثف الكبير بشكل كبير من عرض نطاق مكبر الصوت لأنه يجعل الثابت الزمني لمرشح RC المدخل الطفيليرs(1-أV)جسي بي{\displaystyle r_{\text{s}}(1-A_{\text{V}})C_{\text{CB}}\,}أينرs{\displaystyle r_{\text{s}}\,}تمثل مقاومة الخرج لمصدر الإشارة المتصل بالقاعدة المثالية.

يمكن التخفيف من حدة المشكلة بعدة طرق، منها:

  • انخفاض مقدار كسب الجهد|أv|{\displaystyle \left|A_{\text{v}}\right|\,}(على سبيل المثال، باستخدام تدهور الباعث).
  • انخفاض مقاومة الخرجرs{\displaystyle r_{\text{s}}\,}مصدر الإشارة المتصل بالقاعدة (على سبيل المثال، باستخدام تابع الباعث أو أي تابع جهد آخر ).
  • باستخدام تكوين الكاسكود ، الذي يُدخل مُخزن تيار ذي مقاومة دخل منخفضة (مثل مُضخم قاعدة مشتركة ) بين مُجمع الترانزستور والحمل. يُبقي هذا التكوين جهد مُجمع الترانزستور ثابتًا تقريبًا، مما يجعل كسب القاعدة إلى المُجمع صفرًا، وبالتالي (نظريًا) يُزيل تأثير ميلر.
  • باستخدام بنية مكبر تفاضلي مثل تابع الباعث الذي يقود مكبر قاعدة أرضية؛ طالما أن تابع الباعث هو مكبر جامع مشترك حقًا ، يتم إزالة تأثير ميلر.

يؤثر تأثير ميلر سلبًا على أداء مضخم المصدر المشترك بنفس الطريقة (وله حلول مشابهة). عند تطبيق إشارة تيار متردد على مضخم الترانزستور، يتسبب ذلك في تذبذب قيمة جهد القاعدة VB عند تطبيق الإشارة. يؤدي النصف الموجب من الإشارة المطبقة إلى زيادة قيمة VB، مما يزيد بدوره من تيار القاعدة IB، وبالتالي يزيد من تيار الباعث IE وتيار المجمع IC. ونتيجة لذلك، ينخفض ​​جهد المجمع-الباعث بسبب زيادة فرق الجهد عبر المقاومة RL. أما النصف السالب من إشارة التيار المتردد فيؤدي إلى انخفاض IB، مما يؤدي بدوره إلى انخفاض مماثل في IE عبر RL.

يُطلق عليه أيضًا اسم مُضخِّم الباعث المشترك لأن باعث الترانزستور مشترك بين دائرة الإدخال ودائرة الإخراج. تُطبَّق إشارة الإدخال عبر الأرض وقاعدة الترانزستور، بينما تظهر إشارة الإخراج عبر الأرض ومُجمِّع الترانزستور. وبما أن الباعث موصول بالأرض، فهو مشترك بين إشارتي الإدخال والإخراج.

تُعدّ دائرة الباعث المشترك الأكثر استخدامًا بين مضخمات الترانزستورات الوصلية. وبالمقارنة مع دائرة القاعدة المشتركة، تتميز بمقاومة دخل أعلى ومقاومة خرج أقل. كما يسهل استخدام مصدر طاقة واحد للتحيز. بالإضافة إلى ذلك، عادةً ما تُحقق دائرة الباعث المشترك مكاسب أعلى في الجهد والطاقة.

يُحسب كسب التيار في دائرة الباعث المشترك من تيارات دائرة القاعدة ودائرة المجمع. ولأن تغيراً طفيفاً جداً في تيار القاعدة يُحدث تغيراً كبيراً في تيار المجمع، فإن كسب التيار (β) يكون دائماً أكبر من واحد في دائرة الباعث المشترك، وقيمته النموذجية حوالي 50.

التطبيقات

مضخم جهد منخفض التردد

يوضح الشكل 3 مثالاً نموذجياً لاستخدام مضخم الباعث المشترك.

الشكل  3: مضخم باعث مشترك أحادي الطرف من نوع npn مع تدهور الباعث. تعمل الدائرة المقترنة بالتيار المتردد كمضخم مُحوِّل مستوى. هنا، يُفترض أن يكون انخفاض الجهد بين القاعدة والباعث 0.65  فولت.

تزيل مكثفة الإدخال C أي مُركّبة تيار مستمر من الإدخال، وتُحيز المقاومتان R1 و R2 الترانزستور بحيث يبقى في وضع التشغيل طوال نطاق الإدخال. أما الخرج فهو نسخة معكوسة من مُركّبة التيار المتردد للإدخال، مُكبّرة بنسبة RC / RE ومُزاحة بمقدار تحدده المقاومات الأربع. ولأن قيمة RC غالبًا ما تكون كبيرة، فقد تكون مُعاوقة خرج هذه الدائرة عالية جدًا. وللتخفيف من هذه المشكلة، تُخفّض قيمة RC إلى أدنى حد ممكن ، ويُتبع المُضخّم بمُخفّف جهد مثل مُتابع الباعث .

راديو

تُستخدم مُضخِّمات الباعث المشترك أيضًا في دوائر الترددات الراديوية، على سبيل المثال لتضخيم الإشارات الضعيفة التي يستقبلها الهوائي . في هذه الحالة، من الشائع استبدال مقاومة الحمل بدائرة رنانة. يُمكن القيام بذلك للحد من عرض النطاق الترددي إلى نطاق ضيق مُتمركز حول تردد التشغيل المطلوب. والأهم من ذلك، أنه يسمح للدائرة بالعمل عند ترددات أعلى، حيث يُمكن استخدام الدائرة الرنانة لرنين أي سعات بين الأقطاب الكهربائية أو سعات طفيلية، والتي عادةً ما تُحد من استجابة التردد. كما تُستخدم مُضخِّمات الباعث المشترك بشكل شائع كمُضخِّمات منخفضة الضوضاء .

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ "تكوين الباعث المشترك لترانزستور ثنائي القطبية" . الفصل الدراسي الكهربائي . مؤرشف من الأصل بتاريخ 2021-06-05.
  2. ↑ "التشويه والتغذية الراجعة" . sound.whsites.net . مؤرشف من الأصل بتاريخ 20 ديسمبر 2016. تم الاطلاع عليه بتاريخ 27 يناير 2016. على الرغم من شيوع الاعتقاد بأن تدهور الباعث هو تغذية راجعة، إلا أن هذا صحيح جزئيًا فقط. ... ليس له أي تأثير على عرض النطاق الترددي الفعال أو مقاومة الخرج. اخترع هارولد بلاك التغذية الراجعة السالبة، وليس التدهور (الذي سبق اختراعه).
  3. ↑ بول هورويتز ووينفيلد هيل (1989). فن الإلكترونيات ( الطبعة الثانية). مطبعة جامعة كامبريدج. الصفحات 102-104 . ISBN   978-0-521-37095-0.