شیوه کار تقویت کننده کلکتور مشترک

تقویت کننده کلکتور مشترک منجر به تولید ولتاژ خروجی در طول بار متصل به امیتر می‌شود که این ولتاژ خروجی، فازی یکسان با فاز سیگنال ورودی دارد. در این مطلب قصد داریم به بیان اصول کاری این نوع تقویت‌کننده بپردازیم.

+ همچنین در ریسمونک بخوانید :

همه چیز در مورد سینتیک واکنش آنزیمی

تقویت‌کننده کلکتور مشترک یکی دیگر از پیکربندی‌های مهم ترانزیستورهای پیوند دوقطبی (BJT) است که ولتاژ ورودی به ترمینال بیس متصل می‌شود و سیگنال خروجی از ترمینال امیتر ترانزیستور دریافت می‌شود. بنابراین می‌توان گفت که ترمینال کلکتور بین مدار ورودی و مدار خروجی مشترک است. این پیکربندی را کلکتور مشترک (CC) می‌گویند؛ زیرا پایه کلکتور به صورت موثری از طریق منبع تغذیه به زمین متصل می‌شود.

تقویت کننده کلکتور مشترک با ترانزیستور NPN

از بسیاری جهات تقویت‌کننده کلکتور مشترک عکس پیکربندی تقویت‌کننده امیتر مشترک (CE) است؛ زیرا مقاومت بار از ترمینال امیتر ($$R_E$$

) به ترمینال کلکتور ($$R_C$$

) تغییر مکان یافته است. پیکربندی کلکتور مشترک یا کلکتور زمین‌شده معمولا در کاربردهایی مورد استفاده قرار می‌گیرد که لازم باشد یک منبع ورودی امپدانس بالا به بار خروجی امپدانس پایین متصل شود و به بهره جریان بالا نیاز باشد. در شکل زیر نمایی از یک تقویت‌کننده کلکتور مشترک با استفاده از یک ترانزیستور NPN دیده می‌شود.

مقاومت‌های $$R_{\mathrm{۱}}$$

و $$R_{\mathrm{۲}}$$ به صورت یک شبکه مقسم ولتاژ ساده، برای بایاس ترانزیستور NPN به مد هدایت مورد استفاده قرار گرفته‌اند. از آن‌جا که این مقسم ولتاژ بار بسیار سبکی برای ترانزیستور محسوب می‌شود، در نتیجه با استفاده از فرمول مقسم ولتاژ، به سادگی می‌توان ولتاژ بیس ($$V_B$$

) ترانزیستور را محاسبه کرد. نمایی از شبکه مقسم ولتاژ در تصویر زیر نشان داده شده است.

$$V_{OUT}=V_{CC}\frac{R_{\mathrm{۲}}}{R_{\mathrm{۱}}+R_{\mathrm{۲}}}$$

$$V_B=V_{CC}\frac{R_{\mathrm{۲}}}{R_{\mathrm{۱}}+R_{\mathrm{۲}}}$$

چون ترمینال کلکتور ترانزیستور مستقیما به منبع تغذیه متصل شده است و هیچ مقاومت کلکتوری وجود ندارد ($$R_C=\mathrm{۰}$$

)، در نتیجه به ازای هر جریانی که ترمینال کلکتور عبور کند، افت ولتاژی در مقاومت امیتر $$R_E$$

به وجود می‌آید.

در مدار تقویت کننده کلکتور مشترک، مقدار افت ولتاژ $$V_E$$

در واقع مقدار ولتاژ خروجی $$V_{OUT}$$ را نیز نشان می‌دهد. در حالت ایده‌آل هدف این است که افت ولتاژ DC در مقامت امیتر برابر با نصف مقدار ولتاژ تغذیه $$V_{CC}$$

باشد تا ولتاژ خروجی حالت قطع ترانزیستور در جایی وسط منحنی مشخصه جریان-ولتاژ باشد و منجر به بیشینه سیگنال خروجی برش‌داده‌نشده (Unclipped) شود. بنابراین انتخاب مقدار مقاومت امیتر بستگی زیادی به جریان عبور از بیس ترانزیستور و نیز بهره جریان ترانزیستور یعنی β دارد.

چون پیوند P-N متعلق به بیس-امیتر ترانزیستور، در بایاس مستقیم قرار دارد، جریان بیس از طریق پیوند به امیتر جریان می‌یابد و منجر به ایجاد جریان کلکتور ($$I_C$$

) بسیار بزرگتری می‌شود. بنابراین مقدار جریان امیتر، ترکیبی از جریان بیس و جریان کلکتور است. از آن‌جایی که مقدار جریان بیس در مقایسه با جریان کلکتور بسیار کوچک‌تر است، بنابراین جریان امیتر تقریبا با جریان کلکتور برابر فرض می‌شود.

فاز سیگنال ورودی و سیگنال خروجی تقویت کننده کلکتور مشترک

همانند آرایش تقویت‌کننده امیتر مشترک، در این آرایش نیز سیگنال ورودی به ترمینال بیس ترانزیستور اعمال می‌شود و سیگنال خروجی از ترمینال امیتر ترانزیستور دریافت می‌شود. اما چون فقط یک پیوند P-N بایاس مستقیم بین ترمینال‌های بیس و امیتر ترانزیستور وجود دارد، در نتیجه هر سیگنال ورودی که به بیس ترانزیستور اعمال شود، مستقیما از طریق پیوند به ترمینال امیتر هدایت می‌شود. بنابراین سیگنال خروجی که در امیتر ظاهر می‌شود، در فازی یکسان با سیگنال ورودی اعمال شده به بیس ترانزیستور قرار دارد.

چون سیگنال خروجی تقویت‌کننده از بار متصل به امیتر گرفته می‌شود، این آرایش از تقویت‌کننده‌های ترانزیستوری را مدار تعقیب‌کننده امیتر (Emitter Follower) نیز می‌نامند؛ زیرا خروجی امیتر مقدار تغییرات سیگنال ولتاژ بیس را ردیابی و تعقب می‌کند و فقط به اندازه ۰٫۷ ولت ($$V_{BE}$$

) از آن کمتر است. بنابراین سیگنال ولتاژ ورودی و سیگنال ولتاژ خروجی در یک فاز قرار دارند و اختلاف فاز ولتاژ بین ورودی و خروجی صفر است.

همان‌طور که قبلا نیز اشاره شد، پیوند P-N امیتر مانند دیود بایاس مستقیم عمل می‌کند و برای سیگنال‌های ورودی AC کوچک، دیود پیوند امیتر دارای مقاومتی برابر با $$r_e^{‘}=\mathrm{۲۵}mv/I_e$$

است که در آن ۲۵mv ولتاژ حرارتی پیوند در دمای اتاق است و $$I_e$$

جریان امیتر است. در نتیجه با افزایش جریان امیتر، مقاومت امیتر به صورت معکوس با آن کاهش می‌یابد.

جریان بیس که از طریق مقاومت پیوند داخلی امیتر-بیس جاری می‌شود، از طریق مقاومت خارجی متصل به امیتر به سمت خارج از مدار جریان می‌یابد. این دو مقاومت که به صورت سری به یکدیگر متصل شده‌اند، در واقع تشکیل یک شبکه مقسم ولتاژ می‌دهند و منجر به ایجاد افت ولتاژ می‌شوند.

چون مقدار مقاومت $$r_e^{‘}$$

کوچک و مقاومت امیتر بسیار بزرگ‌تر است (معمولا در بازه کیلو اهم)، دامنه ولتاژ خروجی تقویت‌کننده کمتر از ولتاژ ورودی به دست می‌آید. اما در عمل، دامنه ولتاژ خروجی (مقدار پیک تا پیک) در حدود ۹۸ تا ۹۹ درصد از ولتاژ ورودی است. این مقدار در اکثر کاربردها به اندازه کافی بزرگ است، به نحوی که می‌توان ترانزیستور را تقویت‌کننده با بهره واحد در نظر گرفت.

می‌توان بهره ولتاژ $$V_A$$

تقویت‌کننده کلکتور مشترک را با استفاده از فرمول مقسم ولتاژ به صورت زیر محاسبه کرد. توجه کنید که ولتاژ بیس را برابر با ولتاژ ورودی فرض می‌کنیم.

$$V_{OUT}=\frac{V_{in}\times R_E}{r_e^{‘}+R_E}$$

$$A_V=\frac{V_{OUT}}{V_{IN}}=\frac{I_e\times R_E}{I_e\times (r_e^{‘}+R_E)}$$

چون شرط زیر برقرار است:

$$(r_e^{‘}+R_E)\cong R_E$$

بنابراین بهره ولتاژ را به صورت زیر به دست می‌آید:

$$A_V=\frac{V_{OUT}}{V_{IN}}=\frac{R_E}{R_E}\cong \mathrm{۱}$$

بنابراین تقویت کننده کلکتور مشترک، نمی‌تواند منجر به تقویت ولتاژ ورودی شود و به این دلیل عبارت مناسب‌تر برای توصیف این آرایش، مدار تعقیب‌کننده ولتاژ است. از آن‌جا که ولتاژ خروجی مقدار ورودی را تعقیب می‌کند و در فاز یکسان با سیگنال ورودی قرار دارد، تقویت کننده کلکتور مشترک یک تقویت‌کننده بهره ولتاژ واحد غیر معکوس‌کننده است.

مثال ۱: تقویت کننده کلکتور مشترک

یک تقویت کننده کلکتور مشترک با استفاده از ترانزیستور NPN و یک شبکه مقسم ولتاژ ساخته شده است. اگر مقاومت‌های $$R_{\mathrm{۱}}=\mathrm{۵۶}K\Omega$$

و $$R_{\mathrm{۲}}=\mathrm{۶۸}K\Omega$$

و منبع تغذیه ۱۲ ولت باشند، آن‌گاه مقادیر ولتاژ‌های بیس، امیتر، کلکتور و جریان کلکتور، مقاومت داخلی کلکتور و بهره ولتاژ تقویت‌کننده را در صورت اتصال بار ۴۷ کیلو اهم محاسبه کنید. همچنین مدار نهایی و منحنی مشخصه را ترسیم کنید.

حل:

ولتاژ بایاس بیس ترانزیستور برابر است با:

$$I=\frac{V_{CC}}{R_{\mathrm{۱}}+R_{\mathrm{۲}}}=\frac{\mathrm{۱۲}}{\mathrm{۵۶۰۰}+\mathrm{۶۸۰۰}}=\mathrm{۹۶۸}\mu A$$

$$V_B=I\times R_{\mathrm{۲}}=\mathrm{۹۶۸}\times {\mathrm{۱۰}}^{-\mathrm{۶}}\times \mathrm{۶۸۰۰}=\mathrm{۶٫۵}v$$

از آن‌جایی که هیچ مقاومت باری به ترمینال کلکتور متصل نیست، در نتیجه این ترمینال مستقیما به منبع ولتاژ DC متصل شده است. بنابراین می‌توان گفت مقدار ولتاژ کلکتور با ولتاژ منبع تغذیه برابر است.

$$V_C=V_{CC}=\mathrm{۱۲}V$$

ولتاژ بایاس امیتر را نیز می‌توان به صورت زیر محاسبه کرد:

$$V_E=V_B–V_{BE}=\mathrm{۶۰۵}–\mathrm{۰٫۷}=\mathrm{۵٫۸}$$

$$V_{CE\left(off\right)}=V_{CC}–V_E=\mathrm{۱۲}-\mathrm{۵٫۸}=\mathrm{۶٫۲}$$

جریان امیتر به صورت زیر به دست می‌آید:

$$I_E=\frac{V_E}{R_E}=\frac{\mathrm{۵.۸}}{\mathrm{۴۷۰۰}}=\mathrm{۰.۰۰۱۲۳}=\mathrm{۱.۲۳}mA$$

مقاومت داخلی امیتر نیز توسط فرمول زیر محاسبه می‌شود:

$$r_e^{‘}=\frac{\mathrm{۲۵}mV}{I_E}=\frac{\mathrm{۲۵}mV}{\mathrm{۱.۲۳}mA}=\mathrm{۲۰.۳}\Omega$$

حال بهره ولتاژ را به دست می‌آوریم:

$$A_V=\frac{R_E}{r_e+R_E}=\frac{\mathrm{۴۷۰۰}}{\mathrm{۲۰.۳}+\mathrm{۴۷۰۰}}=\mathrm{۰.۹۹۶}or\mathrm{۹۹.۶}\%$$

با توجه به مقادیر به دست آمده در بالا، می‌توان مدار این تقویت کننده کلکتور مشترک با بار متصل را به صورت زیر ترسیم کرد:

منحنی مشخصه جریان-ولتاژ تقویت کننده نیز به صورت زیر است.

امپدانس ورودی تقویت‌کننده کلکتور مشترک

اگرچه تقویت کننده کلکتور مشترک در تقویت ولتاژ عمل‌کرد خوبی ندارد و همان‌طور که در بالا نیز اثبات شد، دارای بهره تقویت ولتاژ سیگنال کوچک برابر  واحد است، اما می‌توان آن را به عنوان یک بافر ولتاژ با کارکرد عالی در نظر گرفت؛ زیرا این تقویت‌کننده دارای امپدانس ورودی بالا و امپدانس خروجی پایین است. دقیقا به همین دلیل است که تقویت‌کننده کلکتور مشترک می‌تواند ایزولاسیون خوبی را بین منبع سیگنال ورودی و بار امپدانسی در خروجی ایجاد کند.

ویژگی مفید دیگر تقویت کننده کلکتور مشترک این است که تا زمانی که در مد هدایت باشد، دارای بهره جریان ($$A_i$$

) است. به همین دلیل است که این تقویت کننده می‌تواند در پاسخ به تغییر بسیار کوچکی در جریان بیس، جریان بزرگی را از کلکتور به امیتر عبور دهد. به این نکته توجه کنید که این جریان DC در مسیر خود فقط از مقاومت $$R_E$$ عبور می‌کند؛ زیرا مقاومتی در کلکتور ($$R_C$$) وجود ندارد. مقدار این جریان به سادگی از فرمول $$\frac{V_{CC}}{R_E}$$

به دست می‌آید که می‌تواند در صورتی که مقاومت امیتر کوچک باشد، دارای مقدار بزرگی باشد. به پیکربندی عمومی تقویت‌کننده کلکتور مشترک یا تعقیب‌کننده امیتر در شکل زیر توجه کنید.

برای آنالیز AC مدار، خازن‌ها اتصال کوتاه می‌شوند و منبع تغذیه $$V_{CC}$$

نیز برابر با صفر ولت در نظر گرفته می‌شود. بنابراین مدار معادل به صورت زیر به دست می‌آید.

مقادیر ولتاژها و جریان‌های بایاس به صورت زیر محاسبه می‌شود:

$$R_B=R_{\mathrm{۱}}||R_{\mathrm{۲}}Re=R_E||R_L\beta =\frac{I_C}{I_B}\therefore I_C=\beta I_B{I}_E\approx I_C=\beta I_B{V}_{IN}=V_B=V_{BE}+V_E$$

مقدار مقاومت ورودی $$Z_{IN}$$

آرایش تقویت کننده کلکتور مشترک که از ترمینال بیس دیده می‌شود، به صورت محاسبه می‌شود:

$$Z_{IN}=R_{BIAS}||Z_{base}where{Z}_{base}=\frac{V_b}{I_b}$$

اما چون در مدار شرایط زیر برقرار است:

$$V_b=i_e(R_e+r_e^{‘}),i_e=i_c+i_{b}and{i}_c=\beta i_b$$

بنابراین مقدار امپدانس ورودی به صورت زیر به دست می‌آید:

$$Z_{base}=\frac{V_b}{i_b}=\frac{i_e(R_e+r_e^{‘})}{i_b}=\frac{(i_c+i_b)(R_e+r_e^{‘})}{i_b}=\frac{(\beta i_b+i_b)(R_e+r_e^{‘})}{i_b}=(\beta +\mathrm{۱})(R_e+r_e^{‘})$$

اما از آن‌جا که مقدار $$\beta$$

بسیار بزرگ‌تر از یک است (معمولا بالاتر از ۱۰۰)، عبارت $$\beta +\mathrm{۱}$$ را می‌توان به $$\beta$$

تقلیل داد؛ زیرا ضرب یک عدد در ۱۰۰ بسیار نزدیک به ضرب آن  عدد در ۱۰۱ است.

بنابراین در نهایت امپدانس بیس در آرایش تقویت کننده کلکتور مشترک، به صورت زیر به دست می‌آید:

$$Z_{base}=\beta (R_e+r_e^{‘})$$

در فرمول بالا، $$\beta$$

بهره جریان ترانزیستور، $$R_e$$ مقاومت معادل امیتر و $$r_e^{‘}$$ مقاومت AC دیود امیتر-بیس هستند. توجه کنید که چون مقاومت $$R_e$$ از مقدار مقاومت معادل دیود یعنی $$r_e^{‘}$$

بسیار بزرگ‌تر است (مقاومت اول در حدود کیلو اهم و مقاومت دوم در بازه چند اهم)، مقدار مقاومت بیس ترانزیستور می‌تواند به سادگی توسط فرمول زیر نیز محاسبه شود:

$$Z_{base}=\beta \star R_e$$

نکته جالبی که در این‌جا باید به آن اشاره کرد، این است که امپدانس ورودی بیس ترانزیستور ($$Z_{IN\left(base\right)}$$

)، می‌تواند هم از طریق مقدار مقاومت متصل به پایه امیتر ($$R_E$$) و هم از طریق مقاومت بار ($$R_L$$

) کنترل شود؛ زیرا این دو مقاومت به صورت موازی به یکدیگر متصل شده‌اند.

مقدار مقاومت محاسبه شده در بالا، امپدانس ورودی دیده شده از بیس ترانزیستور را نشان می‌دهد، اما توجه کنید که این مقدار، با مقدار واقعی امپدانسی که توسط منبع سیگنال از دو سر تقویت‌کننده دیده می‌شود، متفاوت است. برای محاسبه این مقدار، نیاز است که دو مقاومتی که در ورودی ترانزیستور به عنوان شبکه بایاس مقسم ولتاژ دیده می‌شوند را نیز در نظر بگیریم.

بنابراین مقدار امپدانس ورودی تقویت کننده کلکتور مشترک به صورت زیر محاسبه می‌شود:

$$Z_{IN}=R_{BIAS}||Z_{BASE}{R}_{BIAS}=R_B=R_{\mathrm{۱}}||R_{\mathrm{۲}}{Z}_{IN}=R_{BASE}||\beta (R_e+r_e^{‘})$$

مثال ۲: امپدانس ورودی تقویت‌کننده کلکتور مشترک

با استفاده از مدار تقویت کننده کلکتور مشترک مثال قبل، امپدانس ورودی بیس ترانزیستور و طبقه تقویت کننده را با شرط $$R_L=\mathrm{۱۰}K\Omega$$

و $$\beta =\mathrm{۱۰۰}$$

محاسبه کنید.

حل:

مقدار مقاومت AC امیتر به صورت زیر به دست می‌آید:

$$r_e^{‘}=\frac{\mathrm{۲۵}mV}{I_E}=\frac{\mathrm{۲۵}mV}{\mathrm{۱.۲۳}mA}=\mathrm{۲۰.۳}\Omega$$

مقاومت معادل بار برابر است با:

$$R_e=R_E||R_L{R}_e=\frac{R_E\times R_L}{R_E+R_L}=\frac{\mathrm{۴۷۰۰}\times \mathrm{۱۰۰۰۰}}{\mathrm{۴۷۰۰}+\mathrm{۱۰۰۰۰}}=\mathrm{۳۱۹۷}\Omega or\mathrm{۳.۲}K\Omega$$

مقدار امپدانس بیس ترانزیستور به صورت زیر است:

$$Z_{BASE}=\beta (R_e+r_e^{‘})r_e^{‘}=\frac{\mathrm{۲۵}mV}{I_E}=\frac{\mathrm{۲۵}mV}{\mathrm{۱.۲۳}mA}=\mathrm{۲۰.۳}\Omega \therefore Z_{BASE}=\mathrm{۱۰۰}(\mathrm{۳۲۰۰}+\mathrm{۲۰.۳})=\mathrm{۳۲۲}K\Omega$$

حال می‌توانیم امپدانس ورودی تقویت کننده را به دست آوریم:

$$Z_{IN}=R_{BIAS}||Z_{BASE}{R}_{BIAS}=\frac{R_{\mathrm{۱}}\times R_{\mathrm{۲}}}{R_{\mathrm{۱}}+R_{\mathrm{۲}}}=\frac{\mathrm{۵۶۰۰}\times \mathrm{۶۸۰۰}}{\mathrm{۵۶۰۰}+\mathrm{۶۸۰۰}}=\mathrm{۳۰۷۰}\Omega \therefore Z_{IN}=\frac{R_{BIAS}\times Z_{BASE}}{R_{BIAS}+Z_{BASE}}=\frac{\mathrm{۳۰۷۰}\times \mathrm{۳۲۰۰۰}}{\mathrm{۳۰۷۰}+\mathrm{۳۲۰۰۰}}=\mathrm{۲۸۰۰}\Omega or\mathrm{۲.۸}K\Omega$$

چون مقدار مقاومت بیس ترانزیستور برابر با ۳۲۲ کیلو اهم است و این مقدار بسیار بزرگ‌تر از مقدار امپدانس ورودی تقویت کننده (۲٫۸ کیلو اهم) است، بنابراین مقدار امپدانس ورودی تقویت کننده کلکتور مشترک توسط نسبت دو مقاومت بایاس $$R_{\mathrm{۱}}$$

و $$R_{\mathrm{۲}}$$

تعیین می‌شود.

امپدانس خروجی تقویت‌کننده کلکتور مشترک

برای تعیین امپدانس خروجی تقویت کننده کلکتور مشترک باید از دید بار متصل به خروجی ترانزیستور به عقب و به سمت ترمینال امیتر نگاه کنیم. برای این کار باید ابتدا از مقاومت بار صرف نظر کنیم؛ زیرا می‌خواهیم مقدار مقاومت موثر در خروجی تقویت کننده برای درایو کردن بار را به دست آوریم. بنابراین مدار معادل AC تقویت‌کننده از دید خروجی به صورت زیر است.

با توجه به مدار معادل نشان داده شده در تصویر بالا می‌توان گفت که مقدار امپدانس ورودی در بیس ترانزیستور برابر است با:

$$R_{BASE}=R_{\mathrm{۱}}||R_{\mathrm{۲}}$$

بهره جریان مربوط به ترانزیستور برابر با $$\beta$$

است. بنابراین مقدار امپدانس خروجی برابر است با:

$$Z_{OUT}=R_E(r_e^{‘}+\frac{R_{\mathrm{۱}}||R_{\mathrm{۲}}}{\beta +\mathrm{۱}})$$

حال می‌توان با مشاهده مدار به این نکته پی برد که مقدار مقاومت امیتر ترانزیستور در واقع با مقدار امپدانس ترانزیستور که در نگاه به سمت امیتر دیده می‌شود، به صورت موازی قرار گرفته است. اگر مقدار مقاومت خروجی تقویت کننده کلکتور مشترک را با استفاده از مقادیر مثال قبل محاسبه کنیم، به مقدار $$Z_{OUT}=\mathrm{۴۹.۵}\Omega$$

می‌رسیم. این مقدار بسیار کمتر از مقدار محاسبه شده برای به امپدانس ورودی تقویت کننده ($$Z_{IN\left(BASE\right)}$$

) است.

بنابراین، با توجه به مقادیر محاسبه شده می‌توان به این نکته پی برد که مقدار امپدانس ورودی یک تقویت کننده کلکتور مشترک بسیار بزرگ است، اما در مقابل مقدار امپدانس خروجی این آرایش مقدار بسیار کوچکی دارد و به همین دلیل می تواند بارهای با مقادیر امپدانس کوچک را درایو کند. درواقع می‌توان گفت که به دلیل امپدانس ورودی بسیار بزرگ تقویت‌کننده کلکتور مشترک و امپدانس خروجی بسیار کوچک، از این آرایش به عنوان تقویت کننده بافر با بهره واحد استفاده می‌شود.

همان‌طور که گفتیم، با استفاده از مقادیر داده شده در مثال دوم، امپدانس خروجی آرایش تقویت‌کننده کلکتور مشترک تقریبا برابر با ۵۰ اهم به دست می‌آید. حال اگر یک مقاومت با مقدار ۱۰ کیلو اهم را به عنوان بار به خروجی این مدار متصل کنیم، ان‌گاه امپدانس خروجی مدار در وضعیت جدید به صورت زیر به دست می‌آید:

$$Z_{OUT\left(LOAD\right)}=Z_{OUT}||R_L$$

$$Z_{OUT\left(LOAD\right)}=\frac{\mathrm{۴۹.۵}\times \mathrm{۱۰۰۰۰}}{\mathrm{۴۹٫۵}+\mathrm{۱۰۰۰۰}}=\mathrm{۴۹٫۳}\Omega$$

اگرچه مقدار مقاومت بار برابر با ۱۰ کیلو اهم است، اما امپدانس معادل خروجی مدار هنوز مقدار کوچکی برابر یا ۴۹٫۳ اهم دارد. دلیل این پدیده این است که مقدار مقاومت بار در مقایسه با مقاومت خروجی بزرگ‌تر است، اما برای انتقال توان الکتریکی بیشینه لازم است که مقدار مقاومت بار با مقاومت خروجی مدار برابر شود. از آن‌جا که تقویت‌کننده کلکتور مشترک به عنوان یک مدار با بهره ولتاژ واحد در نظر گرفته می‌شود، در نتیجه بهره توان تقویت کننده باید با بهره جریان تقویت‌کننده برابر باشد. زیرا توان برابر است با حاصل‌ضرب ولتاژ در جریان.

به دلیل این که بهره جریان تقویت کننده کلکتور مشترک به صورت نسبت مقدار جریان کلکتور به جریان بیس ($$\gamma =\frac{I_E}{I_B}=\beta +\mathrm{۱}$$

) تعریف می‌شود، در نتیجه این بهره در تقویت‌کننده کلکتور مشترک را می‌توان به صورت تقریبی برابر با $$\beta$$ در نظر گرفت، زیرا مقدار $$\beta +\mathrm{۱}$$ با $$\beta$$

تفاوت چندانی ندارد.

خلاصه و جمع‌بندی

در این مطلب به بیان اصول کار تقویت‌کننده کلکتور مشترک پرداختیم. این تقویت کننده نام خود را از این واقعیت گرفته است که ترمینال کلکتور ترانزیستور پیوند دوقطبی در این آرایش در هر دو مدار ورودی و خروجی مشترک است؛ زیرا در ترمینال کلکتور هیچ مقاومتی وجود ندارد.

بهره تقویت ولتاژ در این تقویت‌کننده برابر با مقدار واحد است. همچنین مقدار بهره جریان در این ترانزیستور تقریبا برابر با مقدار $$\beta$$

محاسبه می‌شود و بسته به مقدار مربوطه در ترانزیستور پیوند دوقطبی مورد استفاده، می تواند مقدار بسیار بالایی باشد.

همچنین در این مطلب، مقدار امپدانس ورودی تقویت‌کننده کلکتور مشترک محاسبه گردید و اثبات شد که این امپدانس در واقع مقدار بسیار بزرگی است، در حالی‌که مقدار امپدانس خروجی در این آرایش بالعکس، مقداری بسیار کوچک دارد. این خاصیت، تقویت‌کننده کلکتور مشترک را برای کاربردهای تطبیق امپدانس و اهدافی نظیر مدار بافر بین منبع ولتاژ و بار امپدانس پایین مناسب می‌سازد.

نکته قابل توجه دیگر این است که در تقویت‌کننده کلکتور مشترک، سیگنال ورودی به بیس اعمال می‌شود، اما سیگنال ولتاژ خروجی از مقاومت متصل به پایه امیتر ترانزیستور دریافت می‌شود. این دو سیگنال در یک فاز هستند (دارای اختلاف فاز صفر درجه)، بنابراین به تقویت‌کننده کلکتور مشترک نام دیگر تعقیب‌کننده امیتر نیز اطلاق می‌شود؛ زیرا ولتاژ خروجی (ولتاژ امیتر) در واقع ولتاژ ورودی به بیس ترانزیستور را تعقیب می‌کند.