Есть разные типы транзисторных усилителей работает от входного сигнала переменного тока. Он меняется между положительным значением и отрицательным значением, следовательно, это один из способов представления общего эмиттера. схема усилителя для работы между двумя пиковыми значениями. Этот процесс известен как усилитель смещения, и это важная конструкция усилителя, позволяющая установить точную рабочую точку транзисторного усилителя, готового к приему сигналов, следовательно, он может уменьшить любые искажения выходного сигнала. В этой статье мы обсудим анализ обычных эмиттерных усилителей.
Что такое усилитель?
Усилитель - это электронная схема, которая используется для увеличения силы слабого входного сигнала с точки зрения напряжения, тока или мощности. Процесс увеличения силы слабого сигнала известен как усиление. Одним из наиболее важных ограничений во время усиления является то, что должна увеличиваться только величина сигнала, и не должно быть никаких изменений в исходной форме сигнала. Транзистор (BJT, FET) является основным компонентом системы усилителя. Когда транзистор используется в качестве усилителя, первым делом необходимо выбрать подходящую конфигурацию, в которой будет использоваться устройство. Затем транзистор должен быть смещен, чтобы получить желаемую точку добротности. Сигнал подается на вход усилителя, и достигается выходное усиление.
Что такое усилитель с общим эмиттером?
Усилитель с общим эмиттером представляет собой три основных однокаскадных биполярный переходной транзистор и используется как усилитель напряжения. Вход этого усилителя берется с клеммы базы, выходной сигнал - с клеммы коллектора, а клемма эмиттера является общей для обоих клемм. Базовое обозначение усилителя с общим эмиттером показано ниже.
Усилитель с общим эмиттером
Конфигурация усилителя с общим эмиттером
В проектировании электронных схем используются три типа конфигураций транзисторов, такие как общий эмиттер, общая база и общий коллектор, причем наиболее часто используемым является общий эмиттер из-за его основных свойств.
Этот тип усилителя включает сигнал, который подается на базовый вывод, а затем выходной сигнал поступает от коллекторного вывода схемы. Но, как следует из названия, основной атрибут схемы эмиттера знаком как для входа, так и для выхода.
Конфигурация транзистора с общим эмиттером широко используется в большинстве конструкций электронных схем. Эта конфигурация одинаково подходит как для транзисторов, таких как PNP и NPN-транзисторы, но NPN-транзисторы используются наиболее часто из-за широкого использования этих транзисторов.
В конфигурации усилителя с общим эмиттером эмиттер BJT является общим как для входного, так и для выходного сигнала, как показано ниже. Расположение такое же для PNP транзистор , но смещение будет противоположным по отношению к транзистору NPN.
Конфигурации усилителя CE
Работа усилителя с общим эмиттером
Когда сигнал подается на переход эмиттер-база, прямое смещение на этом переходе увеличивается в течение верхнего полупериода. Это приводит к увеличению потока электронов от эмиттера к коллектору через базу, следовательно, увеличивает ток коллектора. Увеличивающийся ток коллектора вызывает большее падение напряжения на резисторе RC нагрузки коллектора.
Работа усилителя CE
Отрицательный полупериод уменьшает напряжение прямого смещения на переходе эмиттер-база. Уменьшение напряжения коллектор-база уменьшает ток коллектора во всем резисторе коллектора Rc. Таким образом, резистор усиленной нагрузки появляется на резисторе коллектора. Схема усилителя с общим эмиттером показана выше.
Из сигналов напряжения для схемы CE, показанной на рис. (B), видно, что существует сдвиг фазы на 180 градусов между сигналами на входе и выходе.
Работа усилителя с общим эмиттером
На приведенной ниже принципиальной схеме показана работа схемы усилителя с общим эмиттером и состоит из делителя напряжения смещение, используемое для подачи напряжения смещения базы по необходимости. Делитель напряжения смещения имеет делитель потенциала с двумя резисторами, подключенными таким образом, что средняя точка используется для подачи напряжения смещения базы.
Схема усилителя с общим эмиттером
Они разные типы электронных компонентов В усилителе с общим эмиттером, который представляет собой резистор R1, используется для прямого смещения, резистор R2 используется для развития смещения, резистор RL используется на выходе, он называется сопротивлением нагрузки. Резистор RE используется для термостойкости. Конденсатор C1 используется для отделения сигналов переменного тока от напряжения смещения постоянного тока, а конденсатор известен как конденсатор связи .
На рисунке показано, что характеристики транзистора усилителя с общим эмиттером смещения по сравнению с усилением: если резистор R2 увеличивается, то увеличивается прямое смещение, а R1 и смещение обратно пропорциональны друг другу. В переменный ток прикладывается к базе транзистора схемы усилителя с общим эмиттером, то возникает поток малого базового тока. Следовательно, через коллектор проходит большой ток через сопротивление RC. Напряжение рядом с сопротивлением RC изменится, потому что значение очень высокое и составляет от 4 до 10 кОм. Следовательно, в цепи коллектора присутствует огромное количество тока, который усиливается из слабого сигнала, поэтому транзисторы с общим эмиттером работают как схема усилителя.
Коэффициент усиления по напряжению усилителя с общим эмиттером
Коэффициент усиления по току усилителя с общим эмиттером определяется как отношение изменения тока коллектора к изменению тока базы. Коэффициент усиления по напряжению определяется как произведение коэффициента усиления по току и отношения выходного сопротивления коллектора к входному сопротивлению базовых цепей. Следующие уравнения показывают математическое выражение усиления по напряжению и по току.
β = ΔIc / ΔIb
Av = β Rc / Rb
Элементы схемы и их функции
Элементы схемы усилителя с общим эмиттером и их функции обсуждаются ниже.
Цепь смещения / делитель напряжения
Сопротивления R1, R2 и RE, используемые для формирования цепь смещения и стабилизации напряжения . Схема смещения должна установить правильную рабочую точку Q, иначе часть отрицательного полупериода сигнала может быть отключена на выходе.
Входной конденсатор (C1)
Конденсатор C1 используется для передачи сигнала на базовый вывод BJT. Если его нет, сопротивление источника сигнала Rs будет проходить через R2, и, следовательно, это изменит смещение. C1 пропускает только сигнал переменного тока, но изолирует источник сигнала от R2
Конденсатор байпаса эмиттера (CE)
Шунтирующий конденсатор эмиттера CE используется параллельно с RE, чтобы обеспечить путь с низким реактивным сопротивлением для усиленного сигнала переменного тока. Если он не используется, то усиленный сигнал переменного тока, следующий через RE, вызовет падение напряжения на нем, тем самым понизив выходное напряжение.
Конденсатор связи (C2)
Конденсатор связи C2 соединяет один каскад усиления со следующим каскадом. Этот метод используется для изоляции настроек смещения постоянного тока двух связанных цепей.
Токи цепи усилителя CE
Базовый ток iB = IB + ib где,
IB = базовый постоянный ток при отсутствии сигнала.
ib = база переменного тока при подаче сигнала переменного тока и iB = общий ток базы.
Ток коллектора iC = IC + ic, где,
iC = общий ток коллектора.
IC = ток коллектора нулевого сигнала.
ic = ток коллектора переменного тока при подаче сигнала переменного тока.
Ток эмиттера iE = IE + т.е. где,
IE = ток эмиттера нулевого сигнала.
Ie = переменный ток эмиттера при подаче переменного сигнала.
iE = полный ток эмиттера.
Анализ усилителя с общим эмиттером
Первым шагом в анализе переменного тока схемы усилителя с общим эмиттером является построение эквивалентной схемы переменного тока путем уменьшения всех источников постоянного тока до нуля и замыкания всех конденсаторов. На рисунке ниже показана эквивалентная схема переменного тока.
Эквивалентная схема переменного тока для усилителя CE
Следующим шагом в анализе переменного тока является построение схемы с h-параметром путем замены транзистора в эквивалентной схеме переменного тока его моделью с h-параметром. На рисунке ниже показана эквивалентная схема h-параметра для схемы CE.
Эквивалентная схема h-параметра для усилителя с общим эмиттером
Типичные характеристики схемы CE приведены ниже:
- Входное сопротивление устройства, Zb = hie
- Входное сопротивление цепи, Zi = R1 || R2 || Zb
- Выходное сопротивление устройства, Zc = 1 / мотыга
- Выходное сопротивление цепи, Zo = RC || ZC ≈ RC
- Коэффициент усиления цепи, Av = -hfe / hie * (Rc || RL)
- Коэффициент усиления тока цепи, AI = hfe. RC. Rb / (Rc + RL) (Rc + hie)
- Коэффициент усиления цепи, Ap = Av * Ai
Частотная характеристика усилителя CE
Коэффициент усиления по напряжению усилителя CE зависит от частоты сигнала. Это связано с тем, что реактивное сопротивление конденсаторов в цепи изменяется в зависимости от частоты сигнала и, следовательно, влияет на выходное напряжение. Кривая между коэффициентом усиления напряжения и частотой сигнала усилителя называется частотной характеристикой. На рисунке ниже показана частотная характеристика типичного усилителя CE.
Частотный отклик
Из приведенного выше графика мы видим, что коэффициент усиления по напряжению падает на низких (FH) частотах, тогда как он остается постоянным в среднечастотном диапазоне (от FL до FH).
На низких частотах (
Более того, CE не может эффективно шунтировать RE из-за его большого реактивного сопротивления на низких частотах. Эти два фактора вызывают падение усиления напряжения на низких частотах.
На высоких частотах (> FH) Реактивное сопротивление разделительного конденсатора C2 очень мало, и он ведет себя как короткое замыкание. Это увеличивает нагрузку на каскад усилителя и снижает коэффициент усиления по напряжению.
Кроме того, на высоких частотах емкостное сопротивление перехода база-эмиттер низкое, что увеличивает ток базы. Эта частота снижает коэффициент усиления тока β. По этим двум причинам коэффициент усиления по напряжению падает на высокой частоте.
На средних частотах (от FL до FH) Коэффициент усиления по напряжению усилителя постоянный. Влияние конденсатора связи C2 в этом диапазоне частот таково, что поддерживается постоянное усиление напряжения. Таким образом, по мере увеличения частоты в этом диапазоне реактивное сопротивление CC уменьшается, что приводит к увеличению усиления.
Однако, в то же время, более низкое реактивное сопротивление означает, что более высокие почти взаимно компенсируют друг друга, что приводит к равномерному хорошему среднему значению.
Мы можем наблюдать частотную характеристику любой схемы усилителя - это разница в ее характеристиках из-за изменений в частоте входного сигнала, поскольку она показывает полосы частот, в которых выходной сигнал остается достаточно стабильным. Полоса пропускания схемы может быть определена как небольшой или большой диапазон частот между ƒH и ƒL.
Таким образом, мы можем определить коэффициент усиления по напряжению для любого синусоидального входа в заданном диапазоне частот. Частотная характеристика логарифмического представления - это диаграмма Боде. Большинство усилителей звука имеют плоскую частотную характеристику в диапазоне от 20 Гц до 20 кГц. Для аудиоусилителя частотный диапазон известен как полоса пропускания.
Точки частоты, такие как ƒL и ƒH, связаны с нижним и верхним углами усилителя, которые представляют собой падение коэффициента усиления схем как на высоких, так и на низких частотах. Эти частотные точки также известны как точки в децибелах. Таким образом, BW можно определить как
BW = fH - fL
ДБ (децибел) составляет 1/10 от B (бел), это знакомая нелинейная единица измерения усиления и определяется как 20log10 (A). Здесь «A» - десятичный коэффициент усиления, отложенный по оси ординат.
Максимальный выходной сигнал может быть получен через нулевые децибелы, которые передаются в сторону функции величины, равной единице, в противном случае это происходит, когда Vout = Vin, когда нет снижения на этом уровне частоты, поэтому
VOUT / VIN = 1, поэтому 20log (1) = 0 дБ
Как видно из приведенного выше графика, выходной сигнал в двух точках частоты среза будет уменьшаться с 0 дБ до -3 дБ и продолжает падать с фиксированной скоростью. Это уменьшение в пределах усиления известно как участок спада кривой частотной характеристики. Во всех основных схемах фильтров и усилителей эта скорость спада может быть определена как 20 дБ / декада, что равно скорости 6 дБ / октава. Итак, порядок схемы умножается на эти значения.
Эти точки частоты среза -3 дБ будут описывать частоту, на которой усиление o / p может быть уменьшено до 70% от его максимального значения. После этого мы можем правильно сказать, что частотная точка - это также частота, на которой коэффициент усиления системы снизился до 0,7 от его максимального значения.
Транзисторный усилитель с общим эмиттером
Принципиальная схема транзисторного усилителя с общим эмиттером имеет общую конфигурацию и представляет собой стандартный формат транзисторной схемы, при этом желательно усиление по напряжению. Усилитель с общим эмиттером также преобразован в инвертирующий усилитель. В различные типы конфигураций в транзисторе Усилители с общей базой и транзистором с общим коллектором и рисунок показаны в следующих схемах.
Транзисторный усилитель с общим эмиттером
Характеристики усилителя с общим эмиттером
- Коэффициент усиления по напряжению обычного эмиттерного усилителя средний.
- В усилителе с общим эмиттером высокий коэффициент усиления
- На входе и выходе фазовое соотношение 180 градусов.
- В усилителе с общим эмиттером входные и выходные резисторы средние.
График характеристик между смещением и усилением показан ниже.
Характеристики
Напряжение смещения транзистора
Vcc (напряжение питания) будет определять максимальный Ic (ток коллектора) после активации транзистора. Ib (базовый ток) для транзистора можно найти из Ic (ток коллектора) и коэффициента усиления по постоянному току β (бета) транзистора.
VB = VCC R2 / R1 + R2
Бета-значение
Иногда «β» упоминается как «hFE», что означает усиление прямого тока транзистора в конфигурации CE. Бета (β) - это фиксированное соотношение двух токов, таких как Ic и Ib, поэтому оно не содержит единиц. Таким образом, небольшое изменение базового тока сильно изменит ток коллектора.
Один и тот же тип транзисторов, а также их номер детали будут иметь огромные изменения в пределах их значений «β». Например, транзистор NPN, такой как BC107, имеет значение бета (коэффициент усиления постоянного тока составляет от 110 до 450 на основе таблицы данных. Таким образом, один транзистор может включать значение 110 бета, тогда как другой может включать значение 450 бета, однако оба транзистора являются Транзисторы NPN BC107, потому что бета - это особенность структуры транзистора, но не его функция.
Когда база или эмиттерный переход транзистора подключен к прямому смещению, тогда эмиттерное напряжение «Ve» будет единственным переходом, где падение напряжения не похоже на напряжение на выводе базы. Ток эмиттера (Ie) - это не что иное, как напряжение на резисторе эмиттера. Это можно просто вычислить с помощью закона Ома. «Ic» (ток коллектора) можно приблизительно определить, так как это значение примерно равно току эмиттера.
Входное и выходное сопротивление усилителя с общим эмиттером
В любой конструкции электронной схемы уровни импеданса являются одним из основных атрибутов, которые необходимо учитывать. Значение входного импеданса обычно находится в диапазоне 1 кОм, хотя оно может значительно отличаться в зависимости от условий, а также значений схемы. Меньший входной импеданс будет результатом того факта, что вход подается через два вывода транзисторной базы и эмиттера, потому что имеется переход с прямым смещением.
Кроме того, импеданс o / p сравнительно высок, потому что он снова значительно варьируется в зависимости от значений выбранных электронных компонентов и допустимых уровней тока. Импеданс o / p составляет минимум 10 кОм, в противном случае он может быть высоким. Но если сток позволяет протекать току высокого уровня, то сопротивление o / p будет значительно уменьшено. Уровень импеданса или сопротивления исходит из того факта, что выход используется от клеммы коллектора, потому что здесь имеется обратносмещенный переход.
Одноступенчатый усилитель с общим эмиттером
Одноступенчатый усилитель с общим эмиттером показан ниже, а различные элементы схемы и их функции описаны ниже.
Схема смещения
Цепи, такие как смещение, а также стабилизация, могут быть сформированы с сопротивлениями, такими как R1, R2 и RE.
Входная емкость (Cin)
Входная емкость может быть обозначена как «Cin», которая используется для объединения сигнала в направлении базового вывода транзистора.
Если эта емкость не используется, тогда сопротивление источника сигнала будет приближаться к резистору «R2», чтобы изменить смещение. Этот конденсатор позволяет просто подавать сигнал переменного тока.
Конденсатор байпаса эмиттера (CE)
Подключение шунтирующего конденсатора эмиттера можно выполнить параллельно с RE, чтобы получить полосу с низким реактивным сопротивлением по отношению к усиленному сигналу переменного тока. Если он не используется, то усиленный сигнал переменного тока будет проходить через RE, вызывая падение напряжения на нем, поэтому напряжение o / p может быть сдвинуто.
Конденсатор связи (C)
Этот конденсатор связи в основном используется для объединения усиленного сигнала к устройству o / p, чтобы обеспечить подачу простого сигнала переменного тока.
Работающий
Как только слабый входной сигнал переменного тока подается на вывод базы транзистора, тогда небольшой ток базы будет обеспечивать высокий уровень переменного тока из-за этого действия транзистора. ток будет проходить через нагрузку коллектора (RC), поэтому высокое напряжение может быть видно как на нагрузке коллектора, так и на выходе. Таким образом, на базовый вывод подается слабый сигнал, который появляется в усиленной форме в цепи коллектора. Коэффициент усиления усилителя по напряжению, как и Av, представляет собой соотношение между усиленными входным и выходным напряжениями.
Частотная характеристика и полоса пропускания
Можно сделать вывод об усилении напряжения усилителя, таком как Av, для нескольких входных частот. Его характеристики могут быть нанесены на обе оси, как частота на оси X, тогда как усиление напряжения - на оси Y. График частотной характеристики может быть получен, который показан в характеристиках. Таким образом, мы можем заметить, что коэффициент усиления этого усилителя можно уменьшить на очень высоких и низких частотах, однако он остается стабильным в широком диапазоне средних частот.
FL или нижняя частота отсечки может быть определена как частота ниже 1. Можно выбрать диапазон частот, при котором усиление усилителя будет вдвое больше, чем при средней частоте.
FL (верхняя частота среза) может быть определена как когда частота находится в верхнем диапазоне, в котором коэффициент усиления усилителя в 1 / √2 раза больше усиления средней частоты.
Полоса пропускания может быть определена как интервал частот между нижними и верхними частотами среза.
BW = fU - fL
Теория эксперимента с усилителем с общим эмиттером
Основной целью этого транзисторного усилителя CE NPN является исследование его работы.
Усилитель CE - одна из основных конфигураций транзисторного усилителя. В этом тесте учащийся разработает, а также исследует фундаментальный транзисторный усилитель NPN CE. Предположим, учащийся обладает некоторыми знаниями в области теории транзисторных усилителей, таких как использование эквивалентных схем переменного тока. Таким образом, учащийся должен разработать свой собственный процесс проведения эксперимента в лаборатории. После того, как предварительный анализ будет полностью завершен, он сможет проанализировать и обобщить результаты эксперимента в отчете.
Необходимые компоненты: транзисторы NPN - 2N3904 и 2N2222), VBE = 0,7 В, Beta = 100, r’e = 25 мВ / IE в анализе Pre-lab.
Предварительная лаборатория
В соответствии с принципиальной схемой рассчитайте параметры постоянного тока, такие как Ve, IE, VC, VB и VCE, с приблизительной методикой. Нарисуйте эквивалентную схему переменного тока и вычислите Av (усиление по напряжению), Zi (входное сопротивление) и Zo (выходное сопротивление). Также нарисуйте составные формы сигналов, которые можно прогнозировать в разных точках, таких как A, B, C, D и E. В точке «A», принимая Vin, как пик 100 мВ, синусоида с частотой 5 кГц.
Для усилителя напряжения нарисуйте схему с входным сопротивлением, источником напряжения, который зависит, а также импедансом o / p
Измерьте значение входного импеданса, например Zi, вставив тестовый резистор последовательно через входные сигналы в сторону усилителя и измерьте, насколько сигнал генератора переменного тока будет действительно появляться на входе усилителя.
Чтобы определить выходное сопротивление, на мгновение выньте нагрузочный резистор и рассчитайте ненагруженное переменное напряжение. После этого вставьте обратно нагрузочный резистор, снова измерьте напряжение ac o / p. Эти измерения можно использовать для определения выходного сопротивления.
Эксперимент в лаборатории
Разработайте схему соответствующим образом и проверьте все приведенные выше расчеты. Используйте связь по постоянному току, а также двойную трассировку осциллографа. После этого выньте на мгновение общий эмиттер и снова измерьте напряжение o / p. Оцените результаты, используя предварительные вычисления.
Преимущества
К преимуществам усилителя с общим эмиттером можно отнести следующее.
- Усилитель с общим эмиттером имеет низкое входное сопротивление и представляет собой инвертирующий усилитель.
- Выходной импеданс этого усилителя высокий.
- Этот усилитель имеет самый высокий коэффициент усиления по мощности в сочетании со средним коэффициентом усиления по напряжению и току.
- Коэффициент усиления по току усилителя с общим эмиттером высокий.
Недостатки
К недостаткам обычного эмиттерного усилителя можно отнести следующее.
- На высоких частотах усилитель с общим эмиттером не реагирует
- Коэффициент усиления по напряжению этого усилителя нестабилен.
- В этих усилителях очень высокое выходное сопротивление.
- В этих усилителях наблюдается высокая термическая нестабильность.
- Высокое выходное сопротивление
Приложения
Применения усилителя с общим эмиттером включают следующее.
- В усилителях напряжения низкой частоты используются усилители с общим эмиттером.
- Эти усилители обычно используются в радиочастотных цепях.
- Как правило, усилители используются в усилителях с низким уровнем шума.
- Схема с общим эмиттером популярна, потому что она хорошо подходит для усиления напряжения, особенно на низких частотах.
- Усилители с общим эмиттером также используются в схемах радиочастотных приемопередатчиков.
- Конфигурация с общим эмиттером, обычно используемая в усилителях с низким уровнем шума.
В этой статье обсуждается работа усилителя с общим эмиттером схема. Прочитав приведенную выше информацию, вы получите представление об этой концепции. Кроме того, любые вопросы относительно этого или, если вы хотите для реализации электротехнических проектов , пожалуйста, оставляйте комментарии в разделе ниже. Вот вам вопрос, какова функция усилителя с общим эмиттером?
