Společný emitor - Common emitter

Obrázek 1: Základní obvod společného vysílače NPN (zanedbává se předpětí podrobnosti)

v elektronika, a obyčejný emitor zesilovač je jedním ze tří základních jednostupňových bipolární tranzistor (BJT) topologie zesilovače, obvykle používané jako zesilovač napětí.

V tomto obvodu slouží jako vstup základní svorka tranzistoru, výstupem je kolektor a emitorem běžný na oba (například to může být vázáno na pozemní reference nebo a napájecí kolejnice ), proto jeho název. Analogické FET obvod je společný zdroj zesilovač a analogický trubka obvod je běžná katoda zesilovač.

Emise emitoru

Obrázek 2: Přidání emitorového odporu snižuje zisk, ale zvyšuje linearitu a stabilitu

Zesilovače společného emitoru dávají zesilovači invertovaný výstup a mohou mít velmi vysoký získat to se může u jednotlivých tranzistorů velmi lišit. Zisk je silná funkce jak teploty, tak zkresleného proudu, takže skutečný zisk je poněkud nepředvídatelný. Stabilita je další problém spojený s takovými obvody s vysokým ziskem kvůli jakémukoli neúmyslnému Pozitivní zpětná vazba které mohou být přítomny.

Další problémy spojené s obvodem jsou nízký vstup dynamický rozsah uloženo malý signál omezit; tam je vysoká zkreslení pokud je tento limit překročen a tranzistor se přestane chovat jako jeho model s malým signálem. Jeden běžný způsob zmírnění těchto problémů je s emitorová degenerace. To se týká přidání malého odpor mezi emitorem a společným zdrojem signálu (např pozemní reference nebo a napájecí kolejnice ). Tato impedance ${ displaystyle R _ { text {E}}}$ snižuje celkově transkonduktance ${ displaystyle G_ {m} = g_ {m}}$ obvodu činitelem ${ displaystyle g_ {m} R _ { text {E}} + 1}$ , což dělá zisk napětí

{ displaystyle A _ { text {v}} triangleq { frac {v _ { text {out}}} {v _ { text {in}}}} = { frac {-g_ {m} R _ { text {C}}} {g_ {m} R _ { text {E}} + 1}} přibližně - { frac {R _ { text {C}}} {R _ { text {E}}}} ,}

kde ${ displaystyle g_ {m} R _ { text {E}} gg 1}$ .

Zisk napětí závisí téměř výlučně na poměru rezistorů ${ displaystyle R _ { text {C}} / R _ { text {E}}}$ spíše než vnitřní a nepředvídatelné charakteristiky tranzistoru. The zkreslení a stabilitní charakteristiky obvodu se tak zlepšují na úkor snížení zisku.

(I když je to často popisováno jako „negativní zpětná vazba ", protože snižuje zisk, zvyšuje vstupní impedanci a snižuje zkreslení, předchází vynález negativní zpětné vazby a nesnižuje výstupní impedanci ani nezvyšuje šířku pásma, jak by to činila skutečná negativní zpětná vazba.^[1])

Vlastnosti

Při nízkých frekvencích a použití zjednodušené model hybrid-pi, následující malý signál charakteristiky lze odvodit.

	Definice	Výraz (s degenerací emitoru)	Výraz (bez degenerace emitoru, tj. R_E = 0)
Aktuální zisk	${ displaystyle A _ { text {i}} triangleq { frac {i _ { text {out}}} {i _ { text {in}}}} ,}$	${ displaystyle beta ,}$	${ displaystyle beta}$
Zisk napětí	${ displaystyle A _ { text {v}} triangleq { frac {v _ { text {out}}} {v _ { text {in}}}} ,}$	${ displaystyle { begin {matrix} - { frac { beta R _ { text {C}}} {r _ { pi} + ( beta +1) R _ { text {E}}}} konec {matice}},}$	${ displaystyle -g_ {m} R _ { text {C}}}$
Vstupní impedance	${ displaystyle r _ { text {in}} triangleq { frac {v _ { text {in}}} {i _ { text {in}}}} ,}$	${ displaystyle r _ { pi} + ( beta +1) R _ { text {E}} ,}$	${ displaystyle r _ { pi}}$
Výstupní impedance	${ displaystyle r _ { text {out}} triangleq { frac {v _ { text {out}}} {i _ { text {out}}}} ,}$	${ displaystyle R _ { text {C}} ,}$	${ displaystyle R _ { text {C}}}$

Pokud není přítomen rezistor degenerace emitoru, pak ${ displaystyle R _ { text {E}} = 0 , Omega}$ a výrazy se efektivně zjednodušují na výrazy uvedené ve sloupci zcela vpravo (všimněte si, že zisk napětí je ideální hodnota; skutečný zisk je poněkud nepředvídatelný). Jak se dalo očekávat, kdy ${ displaystyle R _ { text {E}} ,}$ se zvyšuje, zvyšuje se vstupní impedance a zvyšuje se napětí ${ displaystyle A _ { text {v}} ,}$ je snížena.

Šířka pásma

Šířka pásma zesilovače společného emitoru má tendenci být nízká kvůli vysoké kapacitě vyplývající z Millerův efekt. The parazitický kapacita základního kolektoru ${ displaystyle C _ { text {CB}} ,}$ vypadá jako větší parazitní kondenzátor ${ displaystyle C _ { text {CB}} (1-A _ { text {v}}) ,}$ (kde ${ displaystyle A _ { text {v}} ,}$ je negativní) od základny k přízemní.^[2] Tento velký kondenzátor výrazně snižuje šířku pásma zesilovače časová konstanta parazitního vstupu RC filtr ${ displaystyle r _ { text {s}} (1-A _ { text {V}}) C _ { text {CB}} ,}$ kde ${ displaystyle r _ { text {s}} ,}$ je výstupní impedance zdroje signálu připojeného k ideální základně.

Problém lze zmírnit několika způsoby, včetně:

Snížení zesílení napětí velikost ${ displaystyle left | A _ { text {v}} vpravo | ,}$ (např. pomocí degenerace emitoru).
Snížení výstupní impedance ${ displaystyle r _ { text {s}} ,}$ zdroje signálu připojeného k základně (např. pomocí sledovač emitorů nebo nějaké jiné sledovač napětí ).
Používat cascode konfigurace, která vloží proudovou vyrovnávací paměť s nízkou vstupní impedancí (např společná základna zesilovač) mezi kolektorem tranzistoru a zátěží. Tato konfigurace udržuje napětí kolektoru tranzistoru zhruba konstantní, čímž základna ke sběrateli získá nulu a tím (v ideálním případě) odstraní Millerův efekt.
Používat diferenciální zesilovač topologie jako sledovač emitorů řízení uzemněného zesilovače; pokud je sledovač emitorů skutečně zesilovač společného kolektoru, Millerův efekt je odstraněn.

The Millerův efekt negativně ovlivňuje výkon zesilovače společného zdroje stejným způsobem (a má podobná řešení). Když se na tranzistorový zesilovač přivede střídavý signál, způsobí to kolísání hodnoty základního napětí VB na střídavém signálu. Kladná polovina aplikovaného signálu způsobí zvýšení hodnoty VB, toto otočení zvýší základní proud IB a způsobí odpovídající zvýšení emitorového proudu IE a kolektorového proudu IC. Ve výsledku bude napětí emitoru kolektoru sníženo z důvodu zvýšení úbytku napětí na RL. Negativní střídání střídavého signálu způsobí pokles IB, tato akce pak způsobí odpovídající pokles IE prostřednictvím RL.

Je také pojmenován zesilovač společného emitoru, protože emitor tranzistoru je společný jak pro vstupní obvod, tak pro výstupní obvod. Vstupní signál je přiveden na zem a základní obvod tranzistoru. Výstupní signál se objevuje napříč zemí a kolektorem tranzistoru. Protože je emitor připojen k zemi, je společný pro signály, vstup a výstup.

Obvod společného emitoru je nejpoužívanějším spojovacím tranzistorovým zesilovačem. Ve srovnání s běžným základním připojením má vyšší vstupní impedanci a nižší výstupní impedanci. Pro předpětí lze snadno použít jeden napájecí zdroj. Kromě toho se pro provoz se společným vysílačem (CE) obvykle dosahuje vyšších napěťových a výkonových zisků.

Zisk proudu ve společném obvodu emitoru se získá z proudů základny a kolektorového obvodu. Protože velmi malá změna základního proudu způsobí velkou změnu kolektorového proudu, je proudový zisk (β) vždy větší než jednota pro obvod společného emitoru, typická hodnota je asi 50.

Aplikace

Nízkofrekvenční napěťový zesilovač

Typický příklad použití zesilovače společného emitoru je uveden na obrázku 3.

Obrázek 3: Jednostranný npn zesilovač společného emitoru s degenerací emitoru. Obvod propojený střídavým proudem funguje jako zesilovač posunu úrovně. Zde se předpokládá pokles napětí mezi základnou a emitorem 0,65 voltu.

Vstupní kondenzátor C odstraní jakoukoli konstantní složku vstupu a rezistory R₁ a R₂ zkreslete tranzistor tak, aby zůstal v aktivním režimu pro celý rozsah vstupu. Výstupem je převrácená kopie střídavé složky vstupu, která byla zesílena poměrem R_C/R_E a posunut o částku určenou všemi čtyřmi odpory. Protože R_C je často velký, výstupní impedance tohoto obvodu může být neúměrně vysoká. Chcete-li tento problém zmírnit, R_C je udržována na co nejnižší úrovni a po zesilovači následuje napětí nárazník jako sledovač emitorů.

Rádio

Zesilovače běžných emitorů se také používají v vysokofrekvenčních obvodech, například k zesílení slabých signálů přijímaných signálem anténa.^{[pochybný – diskutovat]} V tomto případě je běžné vyměnit zátěžový rezistor naladěným obvodem. To lze provést k omezení šířky pásma na úzké pásmo soustředěné kolem zamýšlené pracovní frekvence. Ještě důležitější je, že také umožňuje obvodu pracovat na vyšších frekvencích, protože vyladěný obvod lze použít k rezonanci jakékoli mezielektrodové a zbloudilé kapacity, které normálně omezují frekvenční odezvu. Běžné zářiče se také běžně používají jako nízkošumové zesilovače.

Viz také

Reference

^ „Zkreslení a zpětná vazba“. sound.whsites.net. Citováno 2016-01-27. I když je všeobecně přijímáno, že emitor ... degenerace je zpětná vazba, je to jen částečně pravda. ... nemá to žádný vliv na efektivní šířku pásma nebo výstupní impedanci. Harold Black vynalezl negativní zpětnou vazbu, nikoli degeneraci (která předcházela jeho vynálezu).
^ Paul Horowitz a Winfield Hill (1989). Umění elektroniky (2. vyd.). Cambridge University Press. str.102–104. ISBN 978-0-521-37095-0.

externí odkazy

Simulace obvodu zesilovače společného vysílače nebo simulace tranzistorového zesilovače společného vysílače
Základní konfigurace zesilovače BJT
NPN Common Emitter Amplifier – Hyperfyzika
ECE 327: Základy tranzistorů - Uvádí příklad obvodu společného vysílače s vysvětlením.

[1] „Zkreslení a zpětná vazba“. sound.whsites.net. Citováno 2016-01-27. I když je všeobecně přijímáno, že emitor ... degenerace je zpětná vazba, je to jen částečně pravda. ... nemá to žádný vliv na efektivní šířku pásma nebo výstupní impedanci. Harold Black vynalezl negativní zpětnou vazbu, nikoli degeneraci (která předcházela jeho vynálezu).

[TAoE-2] Paul Horowitz a Winfield Hill (1989). Umění elektroniky (2. vyd.). Cambridge University Press. str.102–104. ISBN 978-0-521-37095-0.

[1]

[2]

Tranzistor zesilovače
	Bipolární spojovací tranzistor:	Společný emitor Společný sběratel Společná základna
	Tranzistor s efektem pole:	Společný zdroj Společný odtok Společná brána
	Více tranzistorů:	Darlingtonův tranzistor Dvojice doplňkové zpětné vazby Cascode Dlouho sledovaný pár