מגבר פולט משותף

באלקטרוניקה, מגבר פולט משותף או מגבר אמיטר משותף (באנגלית: Common emitter) הוא אחת משלוש טופולוגיות מגבר טרנזיסטור ביפולרי (BJT) בסיסיות, המשמש בדרך כלל כמגבר מתח. הוא מספק הגבר זרם גבוה (בדרך כלל פי 200), התנגדות כניסה בינונית והתנגדות מוצא גבוהה. הפלט של מגבר פולט משותף הוא הפוך; כלומר עבור אות כניסה של גל סינוס, מופע אות המוצא מוזז ב־180 מעלות ביחס למופע הקלט. במעגל זה, בסיס הטרנזיסטור משמש כקלט והקולט כפלט. הפולט נותן נקודת ייחוס משותפת לשניהם (לדוגמה, הוא עשוי להיות מחובר לאדמה או לספק כח), ומכאן שמו. מעגל ה־FET המקביל הוא מגבר המקור המשותף, ומעגל שפופרת הריק המקביל הוא מגבר הקתודה המשותפת. מגברי פולט משותף מספקים פלט הפוך לכניסה ויכולים להיות בעלי הגבר גבוה מאוד שעשוי להשתנות מאוד בין טרנזיסטור אחד למשנהו. ההגבר הוא פונקציה הן של הטמפרטורה והן של זרם המִקדם (bias current), ולכן ההגבר בפועל הוא מעט בלתי צפוי. יציבות היא בעיה נוספת הקשורה במעגלים בעלי הגבר גבוה עקב כל משוב חיובי לא מכוון שעלול להיות קיים. בעיות נוספות הקשורות למעגל הן הטווח הדינמי הנמוך של הקלט, שמאלצת מגבלת האות הקטן; אם האות לא קטן, העיוות גבוה משום שהטרנזיסטור מפסיק להתנהג על פי מודל האות הקטן. אחת הדרכים הנפוצות לפתור בעיות אלו היא באמצעות ניוון פולט (emitter degeneration), כלומר הוספת נגד קטן בין הפולט למקור האות המשותף (אדמה למשל). עכבה זו R E {\displaystyle R_{\text{E}}} מפחיתה את מוליכות ההעברה (Transconductance) הכוללת G m = g m = 1 / r e {\displaystyle G_{m}=g_{m}=1/r_{e}} של המעגל בגורם של g m R E + 1 {\displaystyle g_{m}R_{\text{E}}+1} , מה שגורם לעלייה במתח: A v ≜ v out v in = − g m R C g m R E + 1 = − R C R E + r e ≈ − R C R E {\displaystyle A_{\text{v}}\triangleq {\frac {v_{\text{out}}}{v_{\text{in}}}}={\frac {-g_{m}R_{\text{C}}}{g_{m}R_{\text{E}}+1}}=-{\frac {R_{C}}{R_{E}+r_{e}}}\approx -{\frac {R_{\text{C}}}{R_{\text{E}}}}} כאשר R E r e = g m R E ≫ 1 {\displaystyle {\frac {R_{E}}{r_{e}}}=g_{m}R_{\text{E}}\gg 1} . r e {\displaystyle r_{e}} הוא התנגדות ההעברה (Transresistance) והיא נתונה על ידי r e = V T I E {\displaystyle r_{e}={\frac {V_{T}}{I_{E}}}} כאשר V T {\displaystyle V_{T}} הוא המתח התרמי (thermal voltage) שגודלו בטמפרטורת החדר הוא כ־26 מילי־וולט, ו־ I E {\displaystyle I_{E}} הוא זרם הפולט. אף על פי שניוון הפולט מתואר לעיתים קרובות כ"משוב שלילי", מכיוון שהוא מפחית את ההגבר, מעלה את עכבת הכניסה ומפחית את העיוות, הוא קדם להמצאת מגבר המשוב השלילי ואינו מפחית את עכבת המוצא או מגדיל את רוחב הפס כמו שמגבר משוב שלילי אמיתי יעשה. בתדרים נמוכים ושימוש במודל פאי היברידי (Hybrid-pi model) פשוט, ניתן למצוא את מאפייני האותות הקטנים הבאים: אם נגד ניוון הפולט אינו קיים, כלומר R E = 0 Ω {\displaystyle R_{\text{E}}=0\,\Omega } , אז הביטויים מפושטים לאלה שבעמודה השמאלית (הגבר המתח הוא אידיאלי; ההגבר בפועל הוא מעט בלתי צפוי). כאשר R E {\displaystyle R_{\text{E}}\,} גדל, עכבת הכניסה גדלה והגבר המתח A v {\displaystyle A_{\text{v}}\,} קטֵן. רוחב הפס של מגבר פולט משותף נוטה להיות נמוך עקב קיבול גבוה הנובע מאפקט מילר. קיבול הבסיס-קולט הטפילי C CB {\displaystyle C_{\text{CB}}\,} נראה כמו קבל טפילי גדול יותר C CB ( 1 − A v ) {\displaystyle C_{\text{CB}}(1-A_{\text{v}})\,} (כאשר A v {\displaystyle A_{\text{v}}\,} הוא שלילי) מכיוון הבסיס לאדמה. קבל גדול זה מקטין מאוד את רוחב הפס של המגבר מכיוון שהוא הופך את קבוע הזמן של מסנן הקלט הטפילי RC r s ( 1 − A V ) C CB {\displaystyle r_{\text{s}}(1-A_{\text{V}})C_{\text{CB}}\,} כאשר r s {\displaystyle r_{\text{s}}\,} הוא עכבת המוצא של מקור האות המחובר לבסיס האידיאלי. דוגמה טיפוסית לשימוש במגבר פולט משותף מוצגת באיור 3. קבל הכניסה C חוסם כל רכיב DC של אות הכניסה, והנגדים R 1 {\displaystyle R_{1}} ו־ R 2 {\displaystyle R_{2}} גורמים למפל מתח על הטרנזיסטור כך שהוא יישאר במצב פעיל לכל טווח הקלט. הפלט הוא עותק הפוך של רכיב ה-AC של הקלט שהוגבר ביחס של R C / R E {\displaystyle R_{C}/R_{E}} והוסט על פי ערכי כל ארבעת הנגדים. מכיוון ש־ R C {\displaystyle R_{C}} לרוב גדול, עכבת המוצא של מעגל זה יכולה להיות גבוהה באופן בלתי רגיל. כדי להקל על בעיה זו, נבחר R C {\displaystyle R_{C}} שהתנגדותו נמוכה ככל האפשר, והמגבר מלֻווה בחוצץ מתח (voltage buffer) כמו עוקב פולט (Common collector). מגברי פולט משותף משמשים גם במעגלי תדר רדיו, למשל להגברת אותות חלשים הנקלטים באנטנה. במקרה זה מקובל להחליף את נגד העומס במעגל מכוונן. דבר זה עשוי להיעשות כדי להגביל את רוחב הפס לפס צר המרוכז סביב תדר הפעולה הרצוי. חשוב מכך, הוא גם מאפשר למעגל לפעול בתדרים גבוהים יותר שכן ניתן להשתמש במעגל המכוונן כדי להדהד כל קיבול בין־אלקטרודות וקיבול טפילי, שבדרך כלל מגבילים את היענות התדרים. מגברי פולט משותף משמשים בדרך כלל גם כמגברי רעש נמוך. מגברי פולט משותף משמשים גם כמגברי שמע. לדוגמה, יישום עשה זאת בעצמך של מגבר פולט משותף מוצג בהערה זאת. סימולציה של מעגל מגבר פולט משותף וסימולציה של מגבר טרנזיסטור פולט משותף תצורות מגברי BJT בסיסיות מגבר פולט משותף NPN – היפרפיזיקה ECE 327: יסודות הטרנזיסטור – דוגמה למעגל פולט משותף עם הסבר. "Common emitter configuration of BJT". Electrical Classroom. ארכיון מ-2021-06-05. "Distortion and Feedback". sound.whsites.net. אורכב מ-המקור ב-2016-12-20. נבדק ב-2016-01-27. Although it is commonly accepted that emitter... degeneration is feedback, this is only partially true... it has no effect on effective bandwidth or output impedance. Harold Black invented negative feedback, not degeneration (which pre-dated his invention). Paul Horowitz and Winfield Hill (1989). The Art of Electronics (2nd ed.). Cambridge University Press. pp. 102–104. ISBN 978-0-521-37095-0. Single-Transistor Audio Amplifier - How the Common Emitter Amplifier Works https://youtube.com/watch/QGInwQa_XEM