Усилитель с общим эмиттером - характеристики, смещение, примеры решения

Эта конфигурация известна как конфигурация с общим эмиттером, потому что здесь эмиттер используется как общий отрицательный вывод для входного базового сигнала и выходной нагрузки. Другими словами, вывод эмиттера становится опорным выводом как для входного, так и для выходного каскада (что означает общее для базовых и коллекторных выводов).

Усилитель с общим эмиттером - это наиболее часто используемая конфигурация транзисторов, которую можно увидеть на рис. 3.13 ниже для транзисторов pnp и npn.

В основном, здесь транзистор базовой терминал используется в качестве входного сигнала, коллектор выполнен в виде выходного сигнала, а эмиттер подключен общий для обоих (например, если транзистор npn-излучатель может быть соединен с опорным наземной линии), отсюда он получил свое название как обычный эмиттер. Для полевого транзистора аналогичная схема называется усилителем с общим истоком.

Общие характеристики эмиттера

Как общая базовая конфигурация Здесь также снова становятся важными два диапазона характеристик, чтобы полностью объяснить природу схемы с общим эмиттером: один для входной цепи или схемы база-эмиттер, а другой - для выходной цепи или схемы коллектор-эмиттер.

Эти два набора показаны на Рис. 3.14 ниже:

Направления тока для эмиттера, коллектора и базы указываются в соответствии со стандартным условным правилом.

Хотя конфигурация изменилась, отношение для текущего потока, которое было установлено в нашей предыдущей общей базовой конфигурации, все еще применяется здесь без каких-либо изменений.

Это может быть представлено как: я ЯВЛЯЕТСЯ = Я C + Я B и я C = Я ЯВЛЯЕТСЯ .

Для нашей нынешней конфигурации с общим эмиттером указанные выходные характеристики являются графическим представлением выходного тока (I C ) от выходного напряжения (В ЭТО ) для выбранного набора значений входного тока (I B ).

Входные характеристики можно рассматривать как график входного тока (I B ) от входного напряжения (В БЫТЬ ) для заданного набора значений выходного напряжения (В ЭТО )

Обратите внимание, что характеристики на рис. 3.14 показывают значение I B в микроамперах, а не в миллиамперах для IC.

Также мы находим, что кривые I B не идеально горизонтальны, как те, которые были достигнуты для I ЯВЛЯЕТСЯ в конфигурации с общей базой, что означает, что напряжение коллектор-эмиттер может влиять на значение тока базы.

Активную область для конфигурации с общим эмиттером можно понимать как ту часть верхнего правого квадранта, которая обладает наибольшей степенью линейности, то есть той конкретной области, где кривые для I B имеют тенденцию быть практически прямыми и равномерно распределенными.

На рис. 3.14а эта область видна справа от вертикальной штриховой линии в точке V Cesate и по кривой I B равно нулю. Область слева от V Cesate называется областью насыщения.

В активной области усилителя с общим эмиттером переход коллектор-база будет смещен в обратном направлении, а переход база-эмиттер будет смещен в прямом направлении.

Если вы помните, это были точно такие же факторы, которые сохранялись в активной области общей базы. Активная область конфигурации с общим эмиттером может быть реализована для усиления напряжения, тока или мощности.

Область отсечки для конфигурации с общим эмиттером, по-видимому, не очень хорошо охарактеризована по сравнению с областью конфигурации с общей базой. Обратите внимание, что в характеристиках коллектора на рис. 3.14 I C на самом деле не соответствует нулю, а я B равно нулю.

Для конфигурации с общей базой, когда входной ток I ЯВЛЯЕТСЯ оказывается близким к нулю, ток коллектора становится равным только обратному току насыщения I КАКИЕ , чтобы кривая I ЯВЛЯЕТСЯ = 0, а ось напряжения была одна для всех практических приложений.

Причину этого изменения характеристик коллектора можно оценить с помощью соответствующих модификаций формул. (3.3) и (3.6). как указано ниже:

Оценив описанный выше сценарий, где IB = 0 A, и заменив типичное значение, такое как 0,996 для α, мы можем получить результирующий ток коллектора, как показано ниже:

Если мы рассмотрим я CBO как 1 мкА, результирующий ток коллектора с I B = 0 А будет 250 (1 мкА) = 0,25 мА, как показано в характеристиках на рис. 3.14.

Во всех наших дальнейших обсуждениях ток коллектора, установленный условием I B = 0 мкА будет иметь обозначение, определяемое следующим уравнением. (3.9).

Условия, основанные на вышеупомянутом новом установившемся токе, могут быть визуализированы на следующем рисунке 3.15 с использованием его эталонных направлений, как указано выше.

Для включения усиления с минимальными искажениями в режиме общего эмиттера отсечка устанавливается по току коллектора I C = Я ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЙ ДИРЕКТОР.

Это означает, что область чуть ниже I B = 0 мкА следует избегать для обеспечения чистого и неискаженного выходного сигнала усилителя.

Как работают обычные схемы эмиттера

Если вы хотите, чтобы конфигурация работала как логический переключатель, например, с микропроцессором, конфигурация представит несколько точки интереса операции: первый как точка отсечки, а второй как область насыщения.

В идеале отсечка может быть установлена ​​на I C = 0 мА для указанного В ЭТО Напряжение.

Поскольку я Генеральный директор я s обычно довольно мала для всех кремниевых BJT, отсечка может быть реализована для переключения действий, когда I B = 0 мкА или I C = Я Исполнительный директор

Если вы помните, в нашей общей базовой конфигурации набор входных характеристик был приблизительно установлен через эквивалент прямой линии, что привело к результату V БЫТЬ = 0,7 В, для всех уровней I ЯВЛЯЕТСЯ который был больше 0 мА

Мы можем применить тот же метод для конфигурации с общим эмиттером, что даст приблизительный эквивалент, изображенный на рис. 3.16.

Рис. 3.16. Кусочно-линейный эквивалент характеристик диода на рис. 3.14b.

Результат соответствует или нашему предыдущему выводу, согласно которому напряжение эмиттера базы для BJT в активной области или во включенном состоянии будет 0,7 В, и это будет фиксироваться независимо от тока базы.

Решенный практический пример 3.2

Как смещать усилитель с общим эмиттером

Соответствующее смещение усилителя с общим эмиттером может быть установлено таким же образом, как это было реализовано для усилителя с общим эмиттером. сеть с общей базой .

Предположим, у вас есть npn-транзистор, как показано на рис. 3.19a, и вы хотите обеспечить правильное смещение через него, чтобы установить BJT в активной области.

Для этого вам потребуется сначала указать I ЯВЛЯЕТСЯ направление, указанное стрелками на символе транзистора (см. рис. 3.19b). После этого вам потребуется установить другие текущие направления строго в соответствии с действующим законодательством Кирхгофа: I C + Я B = Я ЯВЛЯЕТСЯ.

Впоследствии вы должны ввести линии питания с правильной полярностью, дополняя направления I B и я C как показано на рис. 3.19c, и, наконец, завершите процедуру.

Аналогичным образом, pnp BJT может быть смещен в режиме общего эмиттера, для этого вам просто нужно поменять местами все полярности, указанные на рис. 3.19.

Типичное применение:

Усилитель напряжения низкой частоты

Стандартная иллюстрация использования схемы усилителя с общим эмиттером показана ниже.

Схема со связью по переменному току работает как усилитель со сдвигом уровня. В этой ситуации предполагается, что падение напряжения база-эмиттер составляет около 0,7 В.

Входной конденсатор C избавляется от любого элемента постоянного тока на входе, в то время как резисторы R1 и R2 используются для смещения транзистора, чтобы он находился в активном состоянии во всем диапазоне входа. Выход представляет собой перевернутую копию переменного тока на входе, который был увеличен соотношением RC / RE и перемещен в соответствии с мерой, определяемой всеми 4 резисторами.

Из-за того, что RC обычно довольно массивный, выходное сопротивление в этой цепи может быть действительно значительным. Чтобы свести к минимуму эту проблему, RC поддерживается как можно меньше, плюс к усилителю прилагается буфер напряжения, такой как эмиттерный повторитель.

Радиочастотные схемы

Усилители с общим эмиттером иногда также используются в радиочастотные цепи , например, для усиления слабых сигналов, проходящих через антенну. В подобных случаях его обычно заменяют нагрузочным резистором, который включает настроенную схему.

Это может быть выполнено, чтобы ограничить полосу пропускания некоторой тонкой полосой, структурированной по всей желаемой рабочей частоте.

Более того, это позволяет схеме работать на более высоких частотах, потому что настроенная схема позволяет ей резонировать с любыми межэлектродными емкостями и пробегами, которые обычно запрещают частотную характеристику. Общие эмиттеры также могут широко использоваться в качестве малошумящих усилителей.