بررسی جامع عملکرد، محدودیت ها و تکنیک های بهینه سازی تقویت کننده با پیکربندی امیتر مشترک برای کاربردهای آنالوگ مدرن

تقویت کننده با پیکربندی امیتر مشترک به عنوان یکی از بنیادی ترین و پرکاربردترین پیکربندی های ترانزیستور دوقطبی پیوندی، با بیش از هفت دهه از معرفی نخستین نمونه ها، همچنان در کاربردهای آموزشی، پروژه های تحقیقاتی، تقویت کننده های صوتی و مدارات فرکانس رادیویی جایگاه ویژه ای دارد. این مقاله به ارزیابی جامع اصول عملکرد، پارامترهای کلیدی، تاریخچه ی پژوهشی و داده های تجربی منتشرشده در مورد تقویت کننده ی CE می پردازد. بررسی ها نشان می دهند که بهره ی ولتاژ در پیکربندی با امیتر بایاس شده تا چندصد قابل دستیابی است و با افزودن مقاومت امیتر، پایداری حرارتی از ضریب ۵۰ به زیر ۲ بهبود می یابد. داده های آنالیزشده از پژوهش های پیشین حاکی از آن است که اعوجاج هارمونیک کل در دامنه ی ورودی ۵۰ میلی ولت از ۵ درصد به ۰٫۲ درصد با افزودن مقاومت ۱۰۰ اهم در امیتر کاهش می یابد. اثر میلر باعث افزایش ظرفیت موثر تا ۱۰۰ برابر شده و فرکانس قطع بالا را از ۱۰ مگاهرتز به ۱۰۰ کیلوهرتز کاهش می دهد. حاصلضرب بهره در پهنای باند برای ترانزیستورهای سیلیکونی معمولی حدود ۳۰۰ مگاهرتز و برای نوع سیلیسیم ژرمانیوم حدود ۵۰۰ مگاهرتز است. چگالی طیفی نویز ولتاژ خروجی در فرکانس ۱ کیلوهرتز حدود ۵ نانوولت بر ریشه ی هرتز و نقطه ی گوشه ی ۱ بر f حدود ۲۰۰ هرتز اندازه گیری شده است. فناوری سیلیسیم کاربید امکان کار در دمای ۲۵۰ درجه را با بهره ۳۲ دسیبل فراهم می کند. تقویت کننده های CE با ولتاژ تغذیه ۰٫۸ ولت و مصرف ۱۰۰ نانووات برای کاربردهای فوق کم مصرف توسعه یافته اند. فناوری گالیم نیترید بهره ۲۵ دسیبل و پهنای باند ۵۰۰ مگاهرتز را با مصرف ۵۰ میلی وات ارائه می دهد. یافته ها نشان می دهد که تقویت کننده ی CE با وجود محدودیت های ناشی از اثر میلر، حساسیت دمایی و اعوجاج غیرخطی، به دلیل سادگی، هزینه ی پایین و بهره بالا، در بسیاری از کاربردهای غیرحساس کماکان گزینه ی مناسبی است و با ظهور فناوری های جدید نیمه هادی، دامنه ی کاربرد آن به حوزه های دما بالا و فرکانس رادیویی گسترش یافته است.

کلیدواژه ها:

امیتر مشترک ، تقویت کننده ترانزیستور دوقطبی ، پایداری حرارتی ، اثر میلر ، اعوجاج هارمونیک کل ، حاصلضرب بهره در پهنای باند ، سیلیسیم کاربید ، گالیم نیترید