جامع شائع

في مجال الإلكترونيات ، يعتبر مكبر الجامع المشترك (المعروف أيضًا باسم تابع الباعث ) أحد أنواع مكبرات الترانزستور ثنائي القطب أحادي المرحلة الأساسية الثلاثة ، والتي تستخدم عادة كمخزن مؤقت للجهد .

في هذه الدائرة ، يعمل طرف قاعدة الترانزستور كمدخل، والباعث كمخرج، والمجمع مشترك بينهما (على سبيل المثال، قد يكون موصولًا بالأرض أو بمصدر الطاقة )، ​​ومن هنا جاء اسمها. الدائرة المماثلة لترانزستور تأثير المجال هي مكبر المصرف المشترك ، والدائرة المماثلة للأنبوب هي تابع الكاثود .

يمكن شرح الدائرة بالنظر إلى الترانزستور على أنه خاضع للتحكم بتغذية راجعة سالبة . من هذا المنظور، تُعتبر مرحلة الجامع المشترك (الشكل 1) مُضخِّمًا بتغذية راجعة سالبة متسلسلة كاملة . في هذا التكوين (الشكل 2 مع β = 1)، يوضع جهد الخرج الكلي V_{_out عكسيًا} ومتسلسلًا مع جهد الدخل V _{_in} . وبالتالي، يُطرح الجهدان وفقًا لقانون كيرشوف للجهد (KVL) (يتم تنفيذ دائرة الطرح من مخطط كتلة الوظائف بواسطة حلقة الدخل فقط)، ويُطبَّق فرق الجهد بينهما V_{_diff} = V _{_in} - V _{_out} على وصلة القاعدة-الباعث. يراقب الترانزستور V _{_diff} باستمرار ويضبط جهد باعثه ليساوي V _{_in مطروحًا منه} V_{_BE} الثابت تقريبًا ( انخفاض جهد أمامي يُعادل تقريبًا جهد ثنائي واحد) عن طريق تمرير تيار الجامع عبر مقاومة الباعث RE . ونتيجة لذلك، يتبع جهد الخرج تغيرات جهد الدخل من V _{_BE} إلى V_₊ ؛ ومن هنا جاء اسم "مُتَّبع الباعث".

يمكن فهم هذا السلوك بديهيًا بإدراك أن جهد القاعدة-الباعث (VBE ₎ غير حساس لتغيرات الانحياز ، لذا فإن أي تغيير في جهد القاعدة ينتقل (بشكل تقريبي جيد) مباشرةً إلى الباعث. ويعتمد هذا السلوك بشكل طفيف على عوامل التشويش المختلفة ( تفاوتات الترانزستور ، وتغيرات درجة الحرارة ، ومقاومة الحمل، ومقاومة المجمع إن وُجدت، إلخ)، حيث يتفاعل الترانزستور مع هذه العوامل ويعيد التوازن. ولا يصل الترانزستور إلى حالة التشبع أبدًا حتى لو وصل جهد الدخل إلى جهد التغذية الموجب.

يمكن إثبات أن دائرة المجمع المشترك رياضياً لها كسب جهد يقارب الواحد:

${\displaystyle A_{v}={\frac {v_{\text{out}}}{v_{\text{in}}}}\approx 1.}$

سيتم تكرار تغيير طفيف في الجهد على طرف الإدخال عند الخرج (يعتمد ذلك بشكل طفيف على كسب الترانزستور وقيمة مقاومة الحمل؛ انظر معادلة الكسب أدناه). هذه الدائرة مفيدة لأنها تتميز بمقاومة إدخال عالية.

${\displaystyle r_{\text{in}}\approx \beta _{0}R_{\text{E}},}$

لذلك لن يُحمّل الدائرة السابقة، ومقاومة خرج صغيرة

${\displaystyle r_{\text{out}}\approx R_{\text{E}}\parallel {\frac {R_{\text{source}}}{\beta _{0}}},}$

لذا يمكنه تشغيل الأحمال ذات المقاومة المنخفضة .

عادةً، تكون مقاومة الباعث أكبر بكثير ويمكن إزالتها من المعادلة:

${\displaystyle r_{\text{out}}\approx {\frac {R_{\text{source}}}{\beta _{0}}}.}$

تسمح مقاومة الخرج المنخفضة لمضخم الجامع المشترك لمصدر ذي مقاومة خرج عالية بتشغيل حمل ذي مقاومة منخفضة دون تغيير جهده. ولذلك، تُستخدم هذه الدائرة كمخزن جهد . بعبارة أخرى، تتميز هذه الدائرة بكسب تيار (يعتمد بشكل كبير على _{معامل التضخيم} للترانزستور ) بدلاً من كسب الجهد. يؤدي تغيير طفيف في تيار الدخل إلى تغيير أكبر بكثير في تيار الخرج المُزوَّد لحمل الخرج.

يتمثل أحد جوانب عمل المُخفِّف في تحويل المعاوقات. فعلى سبيل المثال، تنخفض مقاومة ثيفينين لمجموعة من مُتابِع الجهد المُشغَّل بمصدر جهد ذي مقاومة ثيفينين عالية إلى مقاومة خرج مُتابِع الجهد فقط (مقاومة صغيرة). هذا الانخفاض في المقاومة يجعل المجموعة مصدر جهد أكثر مثالية. في المقابل، يُشكِّل مُتابِع الجهد المُدخَل بين مقاومة حمل صغيرة ومرحلة قيادة حملاً كبيراً على مرحلة القيادة، وهو ما يُعد ميزة في ربط إشارة الجهد بحمل صغير.

يُستخدم هذا التكوين عادةً في مراحل الإخراج لمضخمات الفئة B والفئة AB . يتم تعديل دائرة القاعدة لتشغيل الترانزستور في وضع الفئة B أو AB. في وضع الفئة A ، يُستخدم أحيانًا مصدر تيار نشط بدلًا من _{المقاومة} RE (الشكل 4) لتحسين الخطية و/أو الكفاءة. ^{[ 1 ]}

عند الترددات المنخفضة وباستخدام نموذج هجين باي مبسط، يمكن اشتقاق خصائص الإشارة الصغيرة التالية . (المعامل)${\displaystyle \beta =g_{m}r_{\pi }}$وتشير الخطوط المتوازية إلى المكونات المتصلة على التوازي .

	تعريف	تعبير	التعبير التقريبي	شروط
كسب التيار	${\displaystyle A_{\mathrm {i} }={i_{\text{out}} \over i_{\text{in}}}}$	${\displaystyle \beta _{0}+1\ }$	${\displaystyle \approx \beta _{0}}$	${\displaystyle \beta _{0}\gg 1}$
كسب الجهد	${\displaystyle A_{\mathrm {v} }={v_{\text{out}} \over v_{\text{in}}}}$	${\displaystyle {g_{m}R_{\text{E}} \over g_{m}R_{\text{E}}+1}}$	${\displaystyle \approx 1}$	${\displaystyle g_{m}R_{\text{E}}\gg 1}$
مقاومة الإدخال	${\displaystyle r_{\text{in}}={\frac {v_{\text{in}}}{i_{\text{in}}}}}$	${\displaystyle r_{\pi }+(\beta _{0}+1)R_{\text{E}}\ }$	${\displaystyle \approx \beta _{0}R_{\text{E}}}$	${\displaystyle (g_{m}R_{\text{E}}\gg 1)\wedge (\beta _{0}\gg 1)}$
مقاومة الخرج	${\displaystyle r_{\text{out}}={\frac {v_{\text{out}}}{i_{\text{out}}}}}$	${\displaystyle R_{\text{E}}\parallel {r_{\pi }+R_{\text{source}} \over \beta _{0}+1}}$	${\displaystyle \approx {1 \over g_{m}}+{R_{\text{source}} \over \beta _{0}}}$	${\displaystyle (\beta _{0}\gg 1)\wedge (r_{\text{in}}\gg R_{\text{source}})}$

أين${\displaystyle R_{\text{source}}\ }$هي مقاومة المصدر المكافئة لثيفينين .

الاشتقاقات

يوضح الشكل 5 نموذجًا هجينًا من نوع باي منخفض التردد لدائرة الشكل 3. وباستخدام قانون أوم ، تم تحديد تيارات مختلفة، وتظهر هذه النتائج على الرسم التخطيطي. وبتطبيق قانون كيرشوف للتيار عند الباعث، نجد ما يلي:

${\displaystyle (\beta +1){\frac {v_{\text{in}}-v_{\text{out}}}{R_{\text{S}}+r_{\pi }}}=v_{\text{out}}\left({\frac {1}{R_{\text{L}}}}+{\frac {1}{r_{\text{o}}}}\right).}$

حدد قيم المقاومة التالية:

${\displaystyle {\begin{aligned}{\frac {1}{R_{\text{E}}}}&={\frac {1}{R_{\text{L}}}}+{\frac {1}{r_{\text{o}}}},\\[2pt]R&={\frac {R_{\text{S}}+r_{\pi }}{\beta +1}}.\end{aligned}}}$

ثم بجمع الحدود، يتم إيجاد كسب الجهد:

${\displaystyle A_{\text{v}}={\frac {v_{\text{out}}}{v_{\text{in}}}}={\frac {1}{1+{\frac {R}{R_{\text{E}}}}}}.}$

من هذه النتيجة، يقترب الكسب من الواحد (كما هو متوقع لمضخم عازل ) إذا كانت نسبة المقاومة في المقام صغيرة. تنخفض هذه النسبة مع زيادة قيم كسب التيار β ومع زيادة قيم${\displaystyle R_{\text{E}}}$يتم إيجاد مقاومة الدخل على النحو التالي:

${\displaystyle {\begin{aligned}R_{\text{in}}&={\frac {v_{\text{in}}}{i_{\text{b}}}}={\frac {R_{\text{S}}+r_{\pi }}{1-A_{\text{v}}}}\\&=\left(R_{\text{S}}+r_{\pi }\right)\left(1+{\frac {R_{\text{E}}}{R}}\right)\\&=R_{\text{S}}+r_{\pi }+(\beta +1)R_{\text{E}}.\end{aligned}}}$

مقاومة خرج الترانزستور${\displaystyle r_{\text{O}}}$عادة ما يكون حجمه كبيرًا مقارنة بالحمل${\displaystyle R_{\text{L}}}$وبالتالي${\displaystyle R_{\text{L}}}$يهيمن${\displaystyle R_{\text{E}}}$وبناءً على هذه النتيجة، فإن مقاومة دخل المضخم أكبر بكثير من مقاومة حمل الخرج.${\displaystyle R_{\text{L}}}$لتحقيق كسب تيار كبير${\displaystyle \beta }$أي أن وضع المضخم بين الحمل والمصدر يمثل حملاً أكبر (عالي المقاومة) على المصدر مقارنةً بالاقتران المباشر بـ${\displaystyle R_{\text{L}}}$مما يؤدي إلى تقليل توهين الإشارة في مقاومة المصدر${\displaystyle R_{\text{S}}}$نتيجة لتقسيم الجهد .

يوضح الشكل 6 دائرة الإشارة الصغيرة الموضحة في الشكل 5 مع دائرة قصر عند المدخل وتيار اختبار عند المخرج. يتم إيجاد مقاومة الخرج باستخدام هذه الدائرة كما يلي:

${\displaystyle R_{\text{out}}={\frac {v_{\text{x}}}{i_{\text{x}}}}.}$

باستخدام قانون أوم، تم إيجاد تيارات مختلفة، كما هو موضح في الرسم التخطيطي. بجمع حدود تيار القاعدة، نجد أن تيار القاعدة هو

${\displaystyle (\beta +1)i_{\text{b}}=i_{\text{x}}-{\frac {v_{\text{x}}}{R_{\text{E}}}},}$

أين${\displaystyle R_{\text{E}}}$تم تعريفها أعلاه. باستخدام هذه القيمة لتيار القاعدة، ينص قانون أوم على ما يلي:

${\displaystyle v_{\text{x}}=i_{\text{b}}\left(R_{\text{S}}+r_{\pi }\right).}$

باستبدال التيار الأساسي، وجمع الحدود،

${\displaystyle R_{\text{out}}={\frac {v_{\text{x}}}{i_{\text{x}}}}=R\parallel R_{\text{E}},}$

حيث يرمز الرمز || إلى اتصال متوازٍ، و${\displaystyle R}$كما هو موضح أعلاه. لأن${\displaystyle R}$تكون المقاومة صغيرة بشكل عام عندما يكون كسب التيار${\displaystyle \beta }$كبير،${\displaystyle R}$يهيمن على مقاومة الخرج، والتي تكون بالتالي صغيرة أيضًا. تعني مقاومة الخرج الصغيرة أن التوصيل التسلسلي لمصدر الجهد الأصلي ومتابع الجهد يُنتج مصدر جهد ثيفين بمقاومة ثيفين أقل عند عقدة الخرج؛ أي أن توصيل مصدر الجهد مع متابع الجهد يُنتج مصدر جهد أكثر مثالية من المصدر الأصلي.

• قاعدة مشتركة
• باعث مشترك
• بوابة مشتركة
• المصرف المشترك
• المصدر المشترك
• دبوس تزويد الطاقة للدائرة المتكاملة
• جامع مفتوح
• شبكة ثنائية المنافذ

• آر فيكتور جونز: التكوينات الأساسية لمضخم الترانزستور ثنائي القطب
• مضخم NPN ذو جامع مشترك - هايبرفيزيكس
• ثيودور بافليك: ECE 327: أساسيات الترانزستور؛ الجزء 6: تابع الباعث npn
• دوغ غينغريتش: مضخم جامع مشترك، جامعة ألبرتا
• ريموند فراي : تمارين معملية - جامعة أوريغون