Common Emitter Amplifier - Kenmerken, biasing, opgeloste voorbeelden

Deze configuratie staat bekend als common-emitter-configuratie omdat hier de emitter wordt gebruikt als de gemeenschappelijke negatieve terminal voor het ingangsbasissignaal en de uitgangsbelasting. Met andere woorden, de emitterterminal wordt de referentieterminal voor zowel de ingangs- als de uitgangstrappen (wat betekent dat zowel de basis- als de collectoraansluitingen gemeenschappelijk zijn).

De gemeenschappelijke emitterversterker is de meest gebruikte transistorconfiguratie die te zien is in figuur 3.13 hieronder voor zowel pnp- als npn-transistors.

In principe wordt hier de transistorbasisterminal gebruikt als de ingang, de collector is geconfigureerd als de uitgang en de emitter is gemeenschappelijk bedraad voor beide (als de transistor bijvoorbeeld NPN is, kan de emitter worden verbonden met de aardlijnreferentie), vandaar dat het zijn naam krijgt als de gemeenschappelijke emitter. Voor een FET wordt het analoge circuit de common-source-versterker genoemd.

Gemeenschappelijke emitterkenmerken

Net als gemeenschappelijke basisconfiguratie ook hier worden twee reeksen karakteristieken weer essentieel om de aard van de common-emitter-opstelling volledig uit te leggen: een voor het ingangs- of basis-emittercircuit en het volgende voor het uitgangs- of collector-emittercircuit.

Deze twee sets worden getoond in Afb.3.14 hieronder:

De huidige stroomrichtingen voor de zender, collector en basis worden aangegeven volgens de standaard conventionele regel.

Hoewel de configuratie is veranderd, is de relatie voor de huidige stroom die tot stand is gebracht in onze vorige algemene basisconfiguratie hier nog steeds van toepassing zonder enige wijzigingen.

Dit kan worden weergegeven als: ik IS = Ik C + Ik B. en ik C = Ik IS ​

Voor onze huidige common-emitter-configuratie zijn de aangegeven uitgangskarakteristieken een grafische weergave van de uitgangsstroom (I. C ) versus uitgangsspanning (V. DEZE ) voor een geselecteerde set waarden van ingangsstroom (I. B. ​

De ingangskarakteristieken kunnen worden gezien als een plot van ingangsstroom (I. B. ) tegen de ingangsspanning (V WORDEN ) voor een bepaalde set uitgangsspanningswaarden (V. DEZE ​

Merk op dat de kenmerken van Fig. 3.14 de waarde van I aangeven B. in microampère, in plaats van milliampère voor IC.

Ook vinden we dat de rondingen van I B. zijn niet perfect horizontaal zoals die bereikt zijn voor I IS in de common-base-configuratie, wat inhoudt dat de collector-naar-emitterspanning de waarde van de basisstroom kan beïnvloeden.

Het actieve gebied voor de common-emitter-configuratie kan worden begrepen als dat gedeelte van het kwadrant rechtsboven dat de grootste hoeveelheid lineariteit bezit, dat wil zeggen dat specifieke gebied waar de curven voor I B. hebben de neiging praktisch recht te zijn en gelijkmatig verdeeld.

In Fig. 3.14a was dit gebied te zien aan de rechterkant van de verticale stippellijn bij V Cesate en over de curve van I B. gelijk aan nul. De regio aan de linkerkant van V Cesate staat bekend als het verzadigingsgebied.

Binnen het actieve gebied van een common-emitter-versterker zal de collector-basisovergang in tegengestelde richting zijn voorgespannen, terwijl de basis-emitter-overgang voorwaarts is voorgespannen.

Als u zich herinnert, waren dit precies dezelfde factoren die bleven bestaan ​​in het actieve gebied van de common-base-setup. Het actieve gebied van de common-emitter-configuratie zou kunnen worden geïmplementeerd voor spanning, stroom of vermogensversterking.

Het afkapgebied voor de common-emitter-configuratie lijkt niet mooi gekarakteriseerd te zijn in vergelijking met dat van de common-base-configuratie. Merk op dat in de collectorkarakteristieken van Fig. 3.14 de I C komt niet echt overeen met nul terwijl ik B. is nul.

Voor de common-base-configuratie, wanneer de ingangsstroom I IS toevallig bijna nul is, wordt de collectorstroom alleen gelijk aan de omgekeerde verzadigingsstroom I WAT , zodat de curve I IS = 0 en de spanningsas waren één, voor alle praktische toepassingen.

De oorzaak voor deze variatie in collectorkarakteristieken zou kunnen worden geëvalueerd met de juiste modificaties van Eqs. (3.3) en (3.6). zoals hieronder aangegeven:

Door het hierboven besproken scenario te beoordelen, waarbij IB = 0 A, en door een typische waarde zoals 0,996 te vervangen voor α, zijn we in staat om een ​​resulterende collectorstroom te bereiken zoals hieronder uitgedrukt:

Als we I overwegen CBO als 1 μA, de resulterende collectorstroom met I B. = 0 A zou 250 (1 μA) = 0,25 mA zijn, zoals weergegeven in de karakteristieken van Fig. 3.14.

In al onze toekomstige discussies wordt de collectorstroom vastgesteld door de conditie I B. = 0 μA heeft de notatie zoals bepaald door de volgende vergelijking. (3.9).

De omstandigheden op basis van de bovenstaande nieuw vastgestelde stroom kunnen worden gevisualiseerd in de volgende afbeelding 3.15 met behulp van de referentierichtingen zoals hierboven beschreven.

Om versterking met minimale vervormingen in de gemeenschappelijke emittermodus mogelijk te maken, wordt de uitschakeling bepaald door de collectorstroom I C = Ik DIRECTEUR.

Het betekent het gebied net onder mij B. = 0 μA moet worden vermeden om een ​​zuivere en onvervormde output van de versterker te garanderen.

Hoe Common Emitter Circuits werken

Als u wilt dat de configuratie werkt als een logische schakelaar, bijvoorbeeld met een microprocessor, zal de configuratie een aantal aandachtspunten: eerst als het afkappunt en de andere als het verzadigingsgebied.

De cutoff kan idealiter worden ingesteld op I C = 0 mA voor de gespecificeerde V DEZE Spanning.

Sinds de ik CEO i s normaal gesproken vrij klein voor alle silicium BJT's, de afsnijding kan worden geïmplementeerd voor schakelacties wanneer ik B. = 0 μA of ik C = Ik Directeur

Als u zich in onze gemeenschappelijke basisconfiguratie herinnert, werd de set van invoerkarakteristieken ongeveer vastgesteld via een rechtlijnequivalent dat leidde tot het resultaat V WORDEN = 0,7 V, voor alle niveaus van I IS die groter was dan 0 mA

We kunnen dezelfde methode ook toepassen voor een common-emitter-configuratie, die bij benadering het equivalent zal produceren zoals weergegeven in figuur 3.16.

Figuur 3.16 Stuksgewijs-lineair equivalent voor de diodekarakteristieken van figuur 3.14b.

Het resultaat komt overeen met of onze vorige aftrek volgens welke de basisemitterspanning voor een BJT binnen het actieve gebied of de AAN-toestand 0,7 V zal zijn, en dit zal worden opgelost ongeacht de basisstroom.

Opgelost praktijkvoorbeeld 3.2

Hoe een Common-Emitter-versterker te bias

Biasing van een common-emitter-versterker kan op dezelfde manier worden ingesteld als voor de common-base netwerk ​

Stel dat u een npn-transistor had, precies zoals aangegeven in figuur 3.19a, en er een correcte voorspanning doorheen wilt dwingen om de BJT in het actieve gebied tot stand te brengen.

Hiervoor moet u eerst de I aangeven IS richting zoals bewezen door de pijlmarkeringen in het symbool van de transistor (zie Fig. 3.19b). Hierna zou u de andere huidige richtlijnen strikt volgens de huidige juridische relatie van Kirchhoff moeten vaststellen: I C + Ik B. = Ik IS.

Vervolgens moet u de voedingslijnen invoeren met de juiste polariteiten die de richtingen van I aanvullen B. en ik C zoals aangegeven in Fig. 3.19c, en rond tenslotte de procedure af.

Op dezelfde manier kan een pnp BJT ook worden voorgespannen in de gemeenschappelijke emittermodus, hiervoor hoeft u alleen maar alle polariteiten van figuur 3.19 om te draaien.

Typische applicatie:

Laagfrequente spanningsversterker

Een standaardillustratie van het gebruik van een common-emitter-versterkerschakeling wordt hieronder gedemonstreerd.

Het AC-gekoppelde circuit functioneert als een niveauverschuivingsversterker. In deze situatie wordt verondersteld dat de basis-emitterspanningsval ongeveer 0,7 volt is.

De ingangscondensator C verwijdert elk DC-element van de ingang, terwijl de weerstanden R1 en R2 worden gebruikt om de transistor voor te spannen om deze in actieve toestand te laten zijn voor het hele bereik van de ingang. De output is een omgekeerde replicatie van de AC-component van de input, die is versterkt door de verhouding RC / RE en verplaatst door een maat die door alle 4 de weerstanden wordt bepaald.

Omdat RC normaal gesproken behoorlijk massief is, kan de uitgangsimpedantie op dit circuit erg aanzienlijk zijn. Om deze zorg te minimaliseren, wordt RC zo klein mogelijk gehouden en wordt de versterker vergezeld van een spanningsbuffer zoals een emittervolger.

Radiofrequentiecircuits

Common-emitter versterkers worden soms ook gebruikt in radiofrequentiecircuits , zoals het versterken van zwakke signalen die door een antenne worden ontvangen. In dergelijke gevallen wordt het gewoonlijk vervangen door de belastingsweerstand die een afgestemde schakeling bevat.

Dit kan worden bereikt door de bandbreedte te beperken tot een dunne band die is gestructureerd door de gewenste werkfrequentie.

Sterker nog, het laat het circuit toe om op grotere frequenties te werken, omdat het afgestemde circuit het mogelijk maakt om elke interelektrode en run-a-way capaciteiten te resoneren, die over het algemeen de frequentierespons verbieden. Veelgebruikte emitters kunnen ook op grote schaal worden gebruikt als ruisarme versterkers.