Wzmacniacz wspólnego emitera - charakterystyka, odchylenie, rozwiązane przykłady

Ta konfiguracja jest znana jako konfiguracja wspólnego emitera, ponieważ tutaj emiter jest używany jako wspólny zacisk ujemny dla wejściowego sygnału podstawowego i obciążenia wyjściowego. Innymi słowy, zacisk nadajnika staje się zaciskiem odniesienia zarówno dla etapu wejściowego, jak i wyjściowego (co oznacza, że ​​jest wspólny dla zacisków podstawy i kolektora).

Wspólny wzmacniacz emitera jest najczęściej używaną konfiguracją tranzystorów, co widać na rys. 3.13 poniżej zarówno dla tranzystorów pnp, jak i npn.

Zasadniczo tutaj zacisk bazowy tranzystora jest używany jako wejście, kolektor jest skonfigurowany jako wyjście, a emiter jest połączony przewodem wspólnym dla obu (na przykład, jeśli tranzystor jest typu NPN, emiter może być podłączony do odniesienia linii masy), stąd bierze swoją nazwę jako wspólny emiter. W przypadku tranzystora FET analogiczny obwód określa się jako wzmacniacz ze wspólnym źródłem.

Wspólne cechy emitera

Tak jak wspólna konfiguracja podstawowa tutaj również dwa zakresy charakterystyk ponownie stają się istotne dla pełnego wyjaśnienia natury konfiguracji wspólnego emitera: jeden dla obwodu wejściowego lub podstawowego-emitera, a drugi dla obwodu wyjściowego lub kolektor-emiter.

Te dwa zestawy pokazano na rysunku 3.14 poniżej:

Kierunki przepływu prądu dla emitera, kolektora i podstawy są wskazywane zgodnie ze standardową konwencją.

Chociaż konfiguracja uległa zmianie, relacja dla przepływu prądu, która została ustanowiona w naszej poprzedniej wspólnej konfiguracji podstawowej, nadal obowiązuje tutaj bez żadnych modyfikacji.

Można to przedstawić jako: ja JEST = Ja do + I b i ja do = Ja JEST .

Dla naszej obecnej konfiguracji wspólnego emitera, wskazane charakterystyki wyjściowe są graficzną reprezentacją prądu wyjściowego (I do ) w stosunku do napięcia wyjściowego (V TO ) dla wybranego zestawu wartości prądu wejściowego (I b ).

Charakterystyki wejściowe można postrzegać jako wykres prądu wejściowego (I b ) względem napięcia wejściowego (V. BYĆ ) dla danego zestawu wartości napięcia wyjściowego (V. TO )

Zauważ, że charakterystyka z rys. 3.14 wskazuje na wartość I b w mikroamperach zamiast miliamperów dla IC.

Odkrywamy również, że krzywe I b nie są idealnie poziome, jak te osiągnięte dla I. JEST w konfiguracji ze wspólną podstawą, co oznacza, że ​​napięcie kolektor-emiter może wpływać na wartość prądu podstawowego.

Obszar aktywny dla konfiguracji wspólnego emitera można rozumieć jako tę sekcję prawej górnej ćwiartki, która posiada największą ilość liniowości, co oznacza ten konkretny obszar, w którym krzywe I b bywają praktycznie proste i równomiernie rozłożone.

Na ryc. 3.14a obszar ten można zobaczyć po prawej stronie pionowej przerywanej linii w punkcie V Cesate i po krzywej I b równa zero. Region po lewej stronie V Cesate jest znany jako region nasycenia.

W aktywnym regionie wzmacniacza ze wspólnym emiterem złącze kolektor-podstawa będzie spolaryzowane odwrotnie, podczas gdy złącze baza-emiter będzie spolaryzowane do przodu.

Jeśli pamiętasz, były to dokładnie te same czynniki, które utrzymywały się w aktywnym regionie konfiguracji wspólnej bazy. Obszar aktywny konfiguracji wspólnego emitera może być zaimplementowany do wzmocnienia napięcia, prądu lub mocy.

Obszar odcięcia dla konfiguracji wspólnego emitera nie wydaje się być dobrze scharakteryzowany w porównaniu z regionem dla konfiguracji ze wspólną podstawą. Zauważ, że w charakterystyce kolektora z rys. 3.14 I do tak naprawdę nie odpowiada zeru, podczas gdy ja b wynosi zero.

W przypadku konfiguracji ze wspólną podstawą, gdy prąd wejściowy I JEST zdarza się, że jest bliski zeru, prąd kolektora staje się równy tylko prądowi odwrotnego nasycenia I. CO , aby krzywa I JEST = 0, a oś napięcia była jedna, dla wszystkich praktycznych zastosowań.

Przyczynę tej zmienności w charakterystyce kolektora można ocenić za pomocą odpowiednich modyfikacji równań. (3.3) i (3.6). jak podano poniżej:

Oceniając powyższy scenariusz, w którym IB = 0 A i zastępując typową wartość, taką jak 0,996 dla α, jesteśmy w stanie uzyskać wypadkowy prąd kolektora wyrażony poniżej:

Jeśli weźmiemy pod uwagę ja CBO jako 1 μA, wynikowy prąd kolektora z I b = 0 A wyniesie 250 (1 μA) = 0,25 mA, zgodnie z charakterystyką przedstawioną na rys. 3.14.

We wszystkich naszych przyszłych dyskusjach prąd kolektora określony przez warunek I. b = 0 μA będzie miał notację określoną następującym równaniem. (3,9).

Warunki oparte na powyższym nowo ustalonym prądzie można zwizualizować na poniższym rysunku 3.15, używając jego kierunków odniesienia, jak opisano powyżej.

Aby umożliwić wzmocnienie przy minimalnych zniekształceniach w trybie wspólnego emitera, odcięcie jest ustalane przez prąd kolektora I do = Ja CEO.

Oznacza obszar tuż pod I b = 0 μA należy unikać, aby zapewnić czyste i niezniekształcone wyjście wzmacniacza.

Jak działają zwykłe obwody emitera

Jeśli chcesz, aby konfiguracja działała jak przełącznik logiczny, na przykład z mikroprocesorem, konfiguracja będzie przedstawiać kilka punkty operacyjne: pierwszy jako punkt odcięcia, a drugi jako obszar nasycenia.

Punkt odcięcia można idealnie ustawić na I do = 0 mA dla określonego V. TO Napięcie.

Od czasu I CEO i jest zwykle dość mały dla wszystkich krzemowych BJT, odcięcie można by zastosować do przełączania działań, gdy I b = 0 μA lub I do = Ja CEO

Jeśli pamiętasz w naszej wspólnej konfiguracji bazowej, zestaw charakterystyk wejściowych został w przybliżeniu ustalony przez równoważnik linii prostej, który prowadzi do wyniku V BYĆ = 0,7 V, dla wszystkich poziomów I. JEST który był większy niż 0 mA

Możemy zastosować tę samą metodę również dla konfiguracji wspólnego emitera, co da przybliżony odpowiednik, jak pokazano na rys. 3.16.

Rysunek 3.16 Częściowo-liniowy odpowiednik charakterystyk diody z rys. 3.14b.

Wynik jest zgodny z lub naszym poprzednim wnioskiem, zgodnie z którym podstawowe napięcie emitera dla BJT w aktywnym regionie lub w stanie włączenia będzie wynosić 0,7 V i zostanie ustalone niezależnie od prądu podstawowego.

Rozwiązany Praktyczny przykład 3.2

Jak polaryzować wzmacniacz ze wspólnym emiterem

Poprawne polaryzowanie wzmacniacza ze wspólnym emiterem można było ustalić w taki sam sposób, jak zostało to zaimplementowane dla sieć o wspólnej bazie .

Załóżmy, że masz tranzystor npn, tak jak pokazano na ryc. 3.19a, i chcesz wymusić przez niego prawidłowe polaryzowanie w celu ustalenia BJT w aktywnym regionie.

W tym celu należy najpierw wskazać I JEST kierunku, o czym świadczą strzałki w symbolu tranzystora (patrz rys. 3.19b). Następnie wymagałbyś ustalenia innych aktualnych kierunków ściśle według aktualnego stosunku prawnego Kirchhoffa: I. do + I b = Ja JEST.

Następnie należy wprowadzić przewody zasilające o odpowiednich polaryzacjach uzupełniających kierunki I. b i ja do jak pokazano na rys. 3.19c, a na koniec zakończyć procedurę.

W podobny sposób BJT pnp może być również polaryzowany w swoim wspólnym trybie nadajnika, w tym celu wystarczy odwrócić wszystkie polaryzacje z rys. 3.19.

Typowym zastosowaniem:

Wzmacniacz napięcia o niskiej częstotliwości

Poniżej przedstawiono standardową ilustrację użycia obwodu wzmacniacza ze wspólnym emiterem.

Obwód sprzężony AC działa jak wzmacniacz z przesuwnikiem poziomu. W tej sytuacji spadek napięcia baza-emiter ma wynosić około 0,7 wolta.

Kondensator wejściowy C pozbywa się każdego elementu DC z wejścia, podczas gdy rezystory R1 i R2 służą do polaryzacji tranzystora, aby mógł być w stanie aktywnym przez cały zakres wejścia. Wyjście jest odwróceniem do góry nogami składowej AC na wejściu, która została wzmocniona przez stosunek RC / RE i przeszła przez miarę ustaloną przez wszystkie 4 rezystory.

Ponieważ RC jest zwykle dość masywne, impedancja wyjściowa tego obwodu może być naprawdę znaczna. Aby zminimalizować ten problem, RC jest tak małe, jak to tylko możliwe, a wzmacniaczowi towarzyszy bufor napięcia, taki jak popychacz emitera.

Obwody radiowe

Wzmacniacze ze wspólnym emiterem są czasami używane w obwody o częstotliwości radiowej , takich jak wzmocnienie słabych sygnałów przechodzących przez antenę. W takich przypadkach jest zwykle zastępowany przez rezystor obciążający, który zawiera obwód dostrojony.

Można to osiągnąć w celu ograniczenia szerokości pasma do jakiegoś cienkiego pasma o strukturze w całej pożądanej częstotliwości roboczej.

Co więcej, pozwala to obwodowi pracować przy wyższych częstotliwościach, ponieważ dostrojony obwód umożliwia rezonowanie wszelkich pojemności międzyelektrodowych i przepływowych, które generalnie uniemożliwiają odpowiedź częstotliwościową. Zwykłe emitery mogą być również szeroko stosowane jako wzmacniacze o niskim poziomie szumów.