Общий эмиттер - Common emitter

Эта статья включает в себя список общих использованная литература, но он остается в основном непроверенным, потому что ему не хватает соответствующих встроенные цитаты. Пожалуйста, помогите улучшить эта статья введение более точные цитаты. (Декабрь 2008 г.) (Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения)

Рисунок 1: Базовая схема NPN с общим эмиттером (без учета смещение подробности)

В электроника, а общий эмиттер усилитель мощности является одним из трех основных одноэтапных биполярный переходный транзистор (BJT) топологии усилителя, обычно используемые в качестве усилитель напряжения.

В этой схеме клемма базы транзистора служит входом, коллектор - выходом, а эмиттер - выходом. общий к обоим (например, он может быть привязан к наземная ссылка или шина питания ), отсюда и его название. Аналогичный Полевой транзистор цепь общий источник усилитель, и аналогичный трубка цепь с общим катодом усилитель мощности.

Вырождение эмиттера

Рисунок 2: Добавление эмиттерного резистора уменьшает усиление, но увеличивает линейность и стабильность

Усилители с общим эмиттером дают усилителю инвертированный выходной сигнал и могут иметь очень высокий усиление это может сильно отличаться от одного транзистора к другому. Коэффициент усиления сильно зависит как от температуры, так и от тока смещения, поэтому фактическое усиление несколько непредсказуемо. Стабильность - еще одна проблема, связанная с такими схемами с высоким коэффициентом усиления из-за непреднамеренного положительный отзыв что может присутствовать.

Другие проблемы, связанные со схемой, - это низкий уровень входного сигнала. динамический диапазон навязанный слабосигнальный предел; там высокий искажение если этот предел превышен, и транзистор перестает вести себя как его модель слабого сигнала. Один из распространенных способов смягчить эти проблемы - эмиттерная дегенерация. Имеется в виду добавление небольшого резистор между эмиттером и общим источником сигнала (например, наземная ссылка или шина питания ). Этот импеданс ${ displaystyle R _ { text {E}}}$ снижает общий крутизна ${ displaystyle G_ {m} = g_ {m}}$ схемы в раз ${ displaystyle g_ {m} R _ { text {E}} + 1}$, что делает усиление напряжения

${ displaystyle A _ { text {v}} треугольникq { frac {v _ { text {out}}} {v _ { text {in}}}} = { frac {-g_ {m} R _ { текст {C}}} {g_ {m} R _ { text {E}} + 1}} приблизительно - { frac {R _ { text {C}}} {R _ { text {E}}}} ,}$

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

Коэффициент усиления напряжения зависит почти исключительно от соотношения резисторов. ${ displaystyle R _ { text {C}} / R _ { text {E}}}$ а не внутренние и непредсказуемые характеристики транзистора. В искажение и характеристики устойчивости схемы, таким образом, улучшаются за счет уменьшения усиления.

(Хотя это часто называют "негативный отзыв ", поскольку он снижает усиление, увеличивает входное сопротивление и уменьшает искажения, он предшествует изобретение отрицательной обратной связи и не снижает выходное сопротивление и не увеличивает полосу пропускания, как это было бы при истинной отрицательной обратной связи.^[1])

Характеристики

На низких частотах и ​​с использованием упрощенного гибридная пи модель, следующее слабосигнальный характеристики могут быть получены.

	Определение	Выражение (с эмиттерным вырождением)	Выражение (без вырождения эмиттера, т.е. рE = 0)
Текущая прибыль	${ Displaystyle А _ { текст {я}} треугольник { гидроразрыва {я _ { текст {выход}}} {я _ { текст {в}}}} ,}$	${ displaystyle beta ,}$	${ displaystyle beta}$
Усиление напряжения	${ displaystyle A _ { text {v}} треугольникq { frac {v _ { text {out}}} {v _ { text {in}}}} ,}$	${ displaystyle { begin {matrix} - { frac { beta R _ { text {C}}} {r _ { pi} + ( beta +1) R _ { text {E}}}} end {матрица}} ,}$	${ displaystyle -g_ {m} R _ { text {C}}}$
Входное сопротивление	${ displaystyle r _ { text {in}} треугольникq { frac {v _ { text {in}}} {i _ { text {in}}}} ,}$	${ displaystyle r _ { pi} + ( beta +1) R _ { text {E}} ,}$	${ displaystyle r _ { pi}}$
Выходное сопротивление	${ displaystyle r _ { text {out}} треугольникq { frac {v _ { text {out}}} {i _ { text {out}}}} ,}$	${ Displaystyle R _ { текст {C}} ,}$	${ displaystyle R _ { text {C}}}$

Если резистор дегенерации эмиттера отсутствует, то ${ Displaystyle R _ { текст {E}} = 0 , Omega}$, и выражения эффективно упрощаются до выражений, приведенных в крайнем правом столбце (обратите внимание, что коэффициент усиления по напряжению является идеальным значением; фактическое усиление несколько непредсказуемо). Как и ожидалось, когда ${ Displaystyle R _ { текст {E}} ,}$ увеличивается, входное сопротивление увеличивается, а коэффициент усиления по напряжению ${ Displaystyle А _ { текст {v}} ,}$ уменьшен.

Пропускная способность

Полоса пропускания усилителя с общим эмиттером имеет тенденцию быть низкой из-за высокой емкости в результате Эффект Миллера. В паразитический емкость база-коллектор ${ displaystyle C _ { text {CB}} ,}$ выглядит как паразитный конденсатор большего размера ${ Displaystyle С _ { текст {CB}} (1-А _ { текст {v}}) ,}$ (где ${ Displaystyle А _ { текст {v}} ,}$ отрицательно) от основания к земля.^[2] Этот большой конденсатор значительно уменьшает полосу пропускания усилителя, поскольку он делает постоянная времени паразитного входа RC фильтр ${ displaystyle r _ { text {s}} (1-A _ { text {V}}) C _ { text {CB}} ,}$ где ${ Displaystyle г _ { текст {s}} ,}$ это выходное сопротивление источника сигнала, подключенного к идеальной базе.

Проблему можно решить несколькими способами, в том числе:

• Снижение прироста напряжения величина ${ displaystyle left | A _ { text {v}} right | ,}$ (например, используя вырождение эмиттера).
• Сокращение выходное сопротивление ${ Displaystyle г _ { текст {s}} ,}$ источника сигнала, подключенного к базе (например, с помощью эмиттер-повторитель или какой-то другой повторитель напряжения ).
• С помощью каскод конфигурация, которая вставляет буфер тока с низким входным сопротивлением (например, общая база усилитель) между коллектором транзистора и нагрузкой. Эта конфигурация поддерживает примерно постоянное напряжение коллектора транзистора, таким образом делая нулевое усиление базы по отношению к коллектору и, следовательно (в идеале) устраняя эффект Миллера.
• С помощью дифференциальный усилитель топология как эмиттер-повторитель управление усилителем с заземленной базой; пока эмиттер-повторитель действительно усилитель с общим коллектором, эффект Миллера снимается.

В Эффект Миллера отрицательно влияет на производительность усилителя с общим источником таким же образом (и имеет аналогичные решения). Когда сигнал переменного тока подается на транзисторный усилитель, он вызывает колебания значения базового напряжения VB при сигнале переменного тока. Положительная половина приложенного сигнала вызовет увеличение значения VB, этот поворот увеличит базовый ток IB и вызовет соответствующее увеличение тока эмиттера IE и тока коллектора IC. В результате напряжение коллектор-эмиттер будет уменьшено из-за увеличения падения напряжения на RL. Отрицательное изменение сигнала переменного тока вызовет уменьшение IB, это действие затем вызывает соответствующее уменьшение IE через RL.

Его также называют усилителем с общим эмиттером, потому что эмиттер транзистора является общим как для входной, так и для выходной цепи. Входной сигнал подается на землю и базовую цепь транзистора. Выходной сигнал появляется через землю и коллектор транзистора. Поскольку эмиттер подключен к земле, он является общим для сигналов, входа и выхода.

Схема с общим эмиттером является наиболее широко используемым из транзисторных усилителей с переходником. По сравнению с соединением с общей базой он имеет более высокое входное сопротивление и меньшее выходное сопротивление. Один источник питания легко использовать для смещения. Кроме того, при работе с общим эмиттером (CE) обычно достигается более высокий выигрыш по напряжению и мощности.

Коэффициент усиления по току в цепи с общим эмиттером получается из токов базы и коллектора. Поскольку очень небольшое изменение тока базы вызывает большое изменение тока коллектора, коэффициент усиления по току (β) всегда больше единицы для схемы с общим эмиттером, типичное значение составляет около 50.

Приложения

Усилитель напряжения низкой частоты

Типичный пример использования усилителя с общим эмиттером показан на рисунке 3.

Рисунок 3: Несимметричный нпн усилитель с общим эмиттером с эмиттерным вырождением. Схема со связью по переменному току действует как усилитель со сдвигом уровня. Здесь предполагается, что падение напряжения база – эмиттер составляет 0,65 В.

Входной конденсатор C удаляет любую постоянную составляющую входа, а резисторы р₁ и р₂ смещайте транзистор так, чтобы он оставался в активном режиме во всем диапазоне входа. Выход представляет собой перевернутую копию переменного тока входного сигнала, усиленного соотношением р_C/р_E и сдвигается на величину, определяемую всеми четырьмя резисторами. Потому что р_C часто бывает большим, выходное сопротивление этой цепи может быть недопустимо высоким. Чтобы решить эту проблему, р_C поддерживается как можно ниже, а за усилителем следует напряжение буфер как эмиттер-повторитель.

Радио

Усилители с общим эмиттером также используются в радиочастотных цепях, например, для усиления слабых сигналов, принимаемых антенна.^{[сомнительный – обсудить]} В этом случае обычно заменяют нагрузочный резистор настроенной схемой. Это может быть сделано для ограничения полосы пропускания узкой полосой, сосредоточенной вокруг предполагаемой рабочей частоты. Что еще более важно, это также позволяет схеме работать на более высоких частотах, поскольку настроенная схема может использоваться для резонанса любых межэлектродных и паразитных емкостей, которые обычно ограничивают частотную характеристику. Общие эмиттеры также обычно используются в качестве малошумящие усилители.

Смотрите также

• Общая база
• Общий коллектор
• Общие ворота
• Общий сток
• Общий источник
• Открытый коллектор
• Двухпортовая сеть

использованная литература

внешние ссылки

• Моделирование схемы усилителя с общим эмиттером или Моделирование транзисторного усилителя с общим эмиттером
• Основные конфигурации усилителя BJT
• Усилитель с общим эмиттером NPN – Гиперфизика
• ECE 327: Основы транзисторов - Дает пример схемы с общим эмиттером с пояснениями.