N’hi ha diferents tipus d'amplificadors de transistors accionat mitjançant una entrada de senyal de corrent altern. Això s’intercanvia entre el valor positiu i el valor negatiu, per tant, aquesta és l’única manera de presentar l’emissor comú circuit amplificador per funcionar entre dos valors màxims. Aquest procés es coneix com a amplificador de polarització i és un important disseny d'amplificador per establir el punt de funcionament exacte d'un amplificador de transistor que està preparat per rebre els senyals, de manera que pot reduir qualsevol distorsió del senyal de sortida. En aquest article, analitzarem l’anàlisi comú de l’amplificador d’emissors.
Què és un amplificador?
L’amplificador és un circuit electrònic que s’utilitza per augmentar la intensitat d’un senyal d’entrada feble en termes de tensió, corrent o potència. El procés d’augmentar la força d’un senyal feble es coneix com Amplificació. Una de les restriccions més importants durant l'amplificació és que només la magnitud del senyal hauria d'augmentar i no hauria d'haver canvis en la forma del senyal original. El transistor (BJT, FET) és un component important en un sistema amplificador. Quan s’utilitza un transistor com a amplificador, el primer pas és triar una configuració adequada en la qual s’ha d’utilitzar el dispositiu. Aleshores, el transistor hauria de ser esbiaixat per obtenir el punt Q desitjat. El senyal s’aplica a l’entrada de l’amplificador i s’aconsegueix el guany de sortida.
Què és un amplificador d'emissor comú?
L'amplificador d'emissor comú és una etapa bàsica de tres transistor d’unió bipolar i s’utilitza com a amplificador de tensió. L'entrada d'aquest amplificador es pren del terminal base, la sortida es recull del terminal del col·lector i el terminal de l'emissor és comú per a tots dos terminals. A continuació es mostra el símbol bàsic de l'amplificador d'emissor comú.
Amplificador d’emissor comú
Configuració d'amplificador d'emissor comú
En el disseny de circuits electrònics, hi ha tres tipus de configuracions de transistors que s’utilitzen com a emissor comú, base comuna i col·lector comú, ja que l’ús més freqüent és l’emissor comú a causa dels seus principals atributs.
Aquest tipus d'amplificador inclou el senyal que es dóna al terminal base i la sortida es rep des del terminal col·lector del circuit. Però, com el seu nom indica, l’atribut principal del circuit emissor és familiar tant per l’entrada com per la sortida.
La configuració d’un transistor emissor comú s’utilitza àmpliament en la majoria de dissenys de circuits electrònics. Aquesta configuració és igualment adequada tant per als transistors com els transistors PNP i NPN, però els transistors NPN s’utilitzen amb més freqüència a causa de l’ús generalitzat d’aquests transistors.
A la configuració d'amplificador d'emissor comú, l'emissor d'un BJT és comú tant al senyal d'entrada com de sortida, tal com es mostra a continuació. L’arranjament és el mateix per a Transistor PNP , però el biaix serà el transistor NPN contrari.
Configuracions d'amplificador CE
Funcionament de l'amplificador d'emissor comú
Quan s’aplica un senyal a la unió emissor-base, el biaix cap endavant a través d’aquesta unió augmenta durant la meitat del cicle superior. Això condueix a un augment del flux d'electrons des de l'emissor fins a un col·lector a través de la base, de manera que augmenta el corrent del col·lector. L'augment del corrent del col·lector fa caure més tensió a la resistència de càrrega del col·lector RC.
Funcionament de l'amplificador CE
El mig cicle negatiu disminueix la tensió de biaix cap endavant a través de la unió emissor-base. La tensió decreixent de la base del col·lector disminueix el corrent del col·lector a tota la resistència del col·lector Rc. Així, la resistència de càrrega amplificada apareix a través de la resistència del col·lector. El circuit amplificador d’emissor comú es mostra a la part superior.
A partir de les formes d'ona de tensió per al circuit CE que es mostren a la figura (b), es veu que hi ha un desplaçament de fase de 180 graus entre les formes d'ona d'entrada i sortida.
Funcionament de l'amplificador d'emissor comú
El diagrama de circuits següent mostra el funcionament del circuit amplificador emissor comú i consisteix en un divisor de tensió polarització, que s’utilitza per subministrar la tensió de polarització base segons la necessitat. La polarització del divisor de tensió té un divisor de potencial amb dues resistències connectades de manera que el punt mitjà s'utilitza per subministrar tensió de polarització base.
Circuit d'amplificador d'emissor comú
Hi ha diferents tipus de components electrònics en l'amplificador d'emissor comú que és la resistència R1 s'utilitza per a la polarització directa, la resistència R2 s'utilitza per al desenvolupament de polarització, la resistència RL s'utilitza a la sortida que s'anomena resistència de càrrega. La resistència RE s'utilitza per a l'estabilitat tèrmica. El condensador C1 s’utilitza per separar els senyals de corrent altern de la tensió de polarització de corrent continu i es coneix com a condensador el condensador d'acoblament .
La figura mostra que el biaix vs guanyar les característiques comunes del transistor de l’amplificador de l’emissor si augmenta la resistència R2, hi ha un augment del biaix directe i R1 i el biaix són inversament proporcionals entre si. El corrent altern s'aplica a la base del transistor del circuit d'amplificador d'emissor comú i hi ha un flux de corrent de base petit. Per tant, hi ha una gran quantitat de corrent a través del col·lector amb l'ajut de la resistència RC. La tensió propera a la resistència RC canviarà perquè el valor és molt alt i els valors són de 4 a 10 kohm. Per tant, hi ha una gran quantitat de corrent present en el circuit del col·lector que s’amplifica a partir del senyal feble, per tant els transistors d’emissor comuns funcionen com un circuit amplificador.
Guany de tensió de l'amplificador d'emissor comú
El guany de corrent de l'amplificador d'emissor comú es defineix com la proporció del canvi del corrent del col·lector al canvi del corrent base. El guany de tensió es defineix com el producte del guany de corrent i la relació entre la resistència de sortida del col·lector i la resistència d’entrada dels circuits base. Les equacions següents mostren l’expressió matemàtica del guany de tensió i del guany de corrent.
β = ΔIc / ΔIb
Av = β Rc / Rb
Elements del circuit i les seves funcions
A continuació es descriuen els elements comuns del circuit d'amplificador d'emissor i les seves funcions.
Circuit de polarització / divisor de tensió
Les resistències R1, R2 i RE solien formar el polarització de tensió i circuit d'estabilització . El circuit de polarització ha d’establir un punt Q de funcionament adequat en cas contrari, es pot tallar una part del mig cicle negatiu del senyal a la sortida.
Condensador d'entrada (C1)
El condensador C1 s’utilitza per acoblar el senyal al terminal base del BJT. Si no hi és, la resistència de la font del senyal, Rs es trobarà amb R2 i, per tant, canviarà el biaix. C1 permet que només circuli el senyal de corrent altern, però aïlla la font del senyal de R2
Condensador de derivació d’emissor (CE)
Un condensador de derivació de l’emissor CE s’utilitza paral·lelament amb RE per proporcionar un recorregut de baixa reactància al senyal de CA amplificat. Si no s’utilitza, el senyal de CA amplificat que segueix el RE provocarà una caiguda de tensió a través d’ell i, per tant, caurà el voltatge de sortida.
Condensador d'acoblament (C2)
El condensador d'acoblament C2 uneix una etapa d'amplificació a la següent. Aquesta tècnica s'utilitza per aïllar els paràmetres de polarització de CC dels dos circuits acoblats.
Corrents del circuit d'amplificador CE
Corrent base iB = IB + ib on,
IB = corrent base DC quan no s'aplica cap senyal.
ib = base de CA quan s'aplica el senyal de CA i iB = corrent de base total.
Corrent del col·lector iC = IC + ic on,
iC = corrent total del col·lector.
IC = corrent de col·lector de senyal zero.
ic = corrent del col·lector de CA quan s'aplica el senyal de CA.
Emissor actual iE = IE + ie on,
IE = Corrent emissor de senyal zero.
És a dir = corrent d'emissor de CA quan s'aplica el senyal de CA.
iE = corrent total de l'emissor.
Anàlisi d’amplificadors d’emissors comuns
El primer pas en l'anàlisi de corrent altern del circuit d'amplificador d'emissor comú consisteix a dibuixar el circuit equivalent de CA reduint a zero totes les fonts de corrent continu i fent un curtcircuit a tots els condensadors. La figura següent mostra el circuit equivalent en corrent altern.
Circuit equivalent per a l'amplificador CE
El següent pas de l’anàlisi de corrent altern és dibuixar un circuit de paràmetres h substituint el transistor del circuit equivalent de corrent altern pel seu model de paràmetre h. La figura següent mostra el circuit equivalent del paràmetre h per al circuit CE.
Circuit equivalent de paràmetres h per a l'amplificador d'emissor comú
El rendiment típic del circuit CE es resumeix a continuació:
- Impedància d'entrada del dispositiu, Zb = hie
- Impedància d'entrada del circuit, Zi = R1 || R2 || Zb
- Impedància de sortida del dispositiu, Zc = 1 / aixada
- Impedància de sortida del circuit, Zo = RC || ZC ≈ RC
- Guany de tensió del circuit, Av = -hfe / hie * (Rc || RL)
- Guany de corrent del circuit, AI = hfe. RC. Rb / (Rc + RL) (Rc + hie)
- Guany de potència del circuit, Ap = Av * Ai
Resposta de freqüència de l'amplificador CE
El guany de tensió d’un amplificador CE varia amb la freqüència del senyal. Es deu al fet que la reactància dels condensadors del circuit canvia amb la freqüència del senyal i, per tant, afecta la tensió de sortida. La corba traçada entre el guany de tensió i la freqüència del senyal d’un amplificador es coneix com a resposta de freqüència. La figura següent mostra la resposta en freqüència d’un amplificador CE típic.
Resposta de freqüència
A la gràfica anterior, observem que el guany de tensió baixa a freqüències baixes (FH), mentre que és constant en el rang de freqüència mitjana (FL a FH).
A freqüències baixes (
A més, CE no pot derivar el RE de manera efectiva a causa de la seva gran reactància a freqüències baixes. Aquests dos factors provoquen una caiguda del guany de tensió a freqüències baixes.
A altes freqüències (> FH) La reactància del condensador d’acoblament C2 és molt petita i es comporta com un curtcircuit. Això augmenta l’efecte de càrrega de l’escenari amplificador i serveix per reduir el guany de tensió.
A més, a altes freqüències, la reactància capacitiva de la unió base-emissors és baixa, cosa que augmenta el corrent de base. Aquesta freqüència redueix el factor d'amplificació actual β. A causa d’aquests dos motius, el guany de tensió cau a alta freqüència.
A freqüències mitjanes (FL a FH) El guany de tensió de l'amplificador és constant. L'efecte del condensador d'acoblament C2 en aquest rang de freqüències és tal que manté un guany de tensió constant. Així, a mesura que augmenta la freqüència en aquest rang, disminueix la reactància de CC, que tendeix a augmentar el guany.
No obstant això, al mateix temps, una reactància més baixa significa que les altes gairebé es cancel·len mútuament, cosa que resulta en una fira uniforme a mitja freqüència.
Podem observar que la resposta de freqüència de qualsevol circuit amplificador és la diferència en el seu rendiment mitjançant canvis dins de la freqüència del senyal d’entrada perquè mostra les bandes de freqüència on la sortida es manté bastant estable. L'amplada de banda del circuit es pot definir com el rang de freqüència petit o gran entre ƒH & ƒL.
Per tant, a partir d’aquí podem decidir el guany de tensió de qualsevol entrada sinusoïdal en un interval de freqüència determinat. La resposta en freqüència d’una presentació logarítmica és el diagrama de Bode. La majoria dels amplificadors d’àudio tenen una resposta de freqüència plana que oscil·la entre els 20 Hz i els 20 kHz. Per a un amplificador d'àudio, el rang de freqüència es coneix com a ample de banda.
Els punts de freqüència com ƒL i ƒH estan relacionats amb la cantonada inferior i la cantonada superior de l'amplificador, que són la caiguda de guany dels circuits tant en freqüències altes com baixes. Aquests punts de freqüència també es coneixen com a punts de decibels. Per tant, el BW es pot definir com
BW = fH - fL
El dB (decibel) és 1/10 d'un B (bel), és una unitat familiar no lineal per mesurar el guany i es defineix com 20log10 (A). Aquí 'A' és el guany decimal que es representa a l'eix y.
La sortida màxima es pot obtenir a través dels zero decibels que es comuniquen cap a una funció de magnitud d’unitat, en cas contrari es produeix una vegada Vout = Vin quan no hi ha cap reducció en aquest nivell de freqüència, de manera que
VOUT / VIN = 1, de manera que 20log (1) = 0dB
Podem observar pel gràfic anterior, la sortida en els dos punts de freqüència de tall disminuirà de 0 dB a -3 dB i continuarà baixant a un ritme fix. Aquesta reducció dins del guany es coneix comunament com a secció de desplaçament de la corba de resposta de freqüència. En tots els circuits bàsics de filtre i amplificador, aquesta velocitat de llançament es pot definir com a 20 dB / dècada, que és igual a una velocitat de 6 dB / octava. Per tant, l’ordre del circuit es multiplica amb aquests valors.
Aquests punts de freqüència de tall de -3dB descriuran la freqüència en què es pot reduir el guany o / p fins al 70% del seu màxim valor. Després d'això, podem dir correctament que el punt de freqüència és també la freqüència en què el guany del sistema s'ha reduït a 0,7 del seu màxim valor.
Amplificador de transistor d'emissor comú
El diagrama de circuits de l'amplificador de transistors d'emissor comú té una configuració comuna i és un format estàndard del circuit de transistors, mentre que es vol guanyar el voltatge. L’amplificador d’emissor comú també es converteix en amplificador inversor. El diferents tipus de configuracions en transistor els amplificadors són de base comuna i el transistor de col·lector comú i la figura es mostren als circuits següents.
Amplificador de transistor d'emissor comú
Característiques de l'amplificador d'emissor comú
- El guany de tensió d’un amplificador d’emissor comú és mitjà
- El guany de potència és elevat a l'amplificador d'emissor comú
- Hi ha una relació de fase de 180 graus en entrada i sortida
- A l'amplificador d'emissor comú, les resistències d'entrada i sortida són mitjanes.
A continuació es mostra el gràfic de característiques entre el biaix i el guany.
Característiques
Voltatge de polarització del transistor
El Vcc (tensió d’alimentació) determinarà la màxima Ic (corrent del col·lector) un cop s’activi el transistor. L'Ib (corrent base) del transistor es pot trobar a partir de l'Ic (corrent de col·lector) i del guany de corrent continu β (beta) del transistor.
VB = VCC R2 / R1 + R2
Valor beta
De vegades, 'β' es coneix com 'hFE', que és el guany de corrent directe del transistor dins de la configuració CE. La beta (β) és una proporció fixa dels dos corrents com Ic i Ib, de manera que no conté unitats. Per tant, un petit canvi dins del corrent base farà un canvi enorme dins del corrent del col·lector.
El mateix tipus de transistors, així com el seu número de peça, contindran enormes canvis dins dels seus valors ‘β’. Per exemple, el transistor NPN com BC107 inclou un valor beta (guany de corrent continu entre 110 i 450 basat en el full de dades. Per tant, un transistor pot incloure un valor de 110 beta mentre que un altre pot incloure un valor de 450 beta, però els dos transistors són Transistors NPN BC107 perquè la beta és una característica de l’estructura del transistor però no de la seva funció.
Quan la unió base o emissor del transistor està connectada biaix cap endavant, el voltatge de l’emissor ‘Ve’ serà una unió única on la caiguda de tensió és diferent de la tensió del terminal Base. El corrent de l’emissor (és a dir) no és altra cosa que el voltatge a través de la resistència de l’emissor. Això es pot calcular simplement mitjançant la llei d’Ohm. El ‘Ic’ (corrent del col·lector) es pot aproximar, ja que és aproximadament un valor similar al corrent de l’emissor.
Impedància d'entrada i sortida de l'amplificador d'emissor comú
En qualsevol disseny de circuits electrònics, els nivells d’impedància són un dels principals atributs que cal tenir en compte. El valor de la impedància d'entrada és normalment a la regió d'1 kΩ, tot i que pot diferir significativament en funció de les condicions i dels valors del circuit. La menor impedància d'entrada resultarà de la veritat que l'entrada es dóna a través dels dos terminals de la base i l'emissor de tipus transistor perquè hi ha una unió polaritzada cap endavant.
A més, la impedància o / p és comparativament alta perquè torna a variar significativament en funció dels valors dels components electrònics seleccionats i dels nivells de corrent permesos. La impedància o / p és mínima de 10 kΩ, si no és possible que sigui alta. Però si el drenatge actual permet obtenir nivells elevats de corrent, la impedància o / p disminuirà significativament. El nivell d’impedància o resistència prové de la veritat que la sortida s’utilitza des del terminal del col·lector perquè hi ha una unió de polarització inversa.
Amplificador d'emissor comú d'una sola etapa
A continuació es mostra l'amplificador d'emissor comú d'una sola etapa i es descriuen a continuació diferents elements del circuit amb les seves funcions.
Circuit de polarització
Els circuits com el biaix i l'estabilització es poden formar amb resistències com R1, R2 i RE
Capacitat d'entrada (Cin)
La capacitat d’entrada es pot denotar amb ‘Cin’ que s’utilitza per combinar el senyal cap al terminal base del transistor.
Si no s’utilitza aquesta capacitat, la resistència de la font del senyal s’acostarà a través de la resistència ‘R2’ per alterar el biaix. Aquest condensador permetrà subministrar simplement senyal de CA.
Condensador de derivació d’emissor (CE)
La connexió del condensador de derivació de l'emissor es pot fer en paral·lel a RE per donar un carril de baixa reactància cap al senyal de CA amplificat. Si no s'utilitza, llavors el senyal de CA amplificat fluirà a través de RE per provocar una caiguda de tensió a través d'ell, de manera que es pot canviar la tensió o / p.
Condensador d'acoblament (C)
Aquest condensador d’acoblament s’utilitza principalment per combinar el senyal amplificat cap al dispositiu o / p de manera que permetrà subministrar simplement senyal de corrent altern.
Treball
Una vegada que es dóna un senyal d'entrada de CA dèbil cap al terminal base del transistor, llavors una petita quantitat de corrent de base subministrarà, a causa d'aquest transistor, una corrent altern alta. el corrent fluirà a través de la càrrega del col·lector (RC), de manera que es pot veure alta tensió a través de la càrrega del col·lector i de la sortida. Així, s’aplica un feble senyal cap al terminal base que apareix de forma amplificada dins del circuit del col·lector. El guany de tensió de l’amplificador com Av és la relació entre els voltatges d’entrada i sortida amplificats.
Resposta de freqüència i amplada de banda
Es pot concloure el guany de tensió de l’amplificador com Av per a diverses freqüències d’entrada. Les seves característiques es poden dibuixar tant a l’eix com a una freqüència a l’eix X, mentre que el guany de tensió és a l’eix Y. Es pot aconseguir el gràfic de resposta en freqüència que es mostra a les característiques. Així doncs, podem observar que el guany d’aquest amplificador es pot reduir a freqüències molt altes i baixes, però es manté estable en un ampli rang d’àrees de freqüència mitjana.
La freqüència de tall o baixa freqüència es pot definir quan la freqüència és inferior a 1. Es pot decidir el rang de freqüència en què el guany de l'amplificador és el doble del guany de freqüència mitjana.
El fL (freqüència de tall superior) es pot definir com quan la freqüència es troba en el rang alt en què el guany de l’amplificador és 1 / √2 vegades el guany de freqüència mitjana.
L'amplada de banda es pot definir com l'interval de freqüència entre les freqüències de tall baix i superior.
BW = fU - fL
Teoria de l’experiment d’amplificadors d’emissors comuns
La intenció principal d’aquest amplificador de transistor CE NPN és investigar el seu funcionament.
L’amplificador CE és una de les principals configuracions d’un amplificador de transistor. En aquesta prova, l’alumne dissenyarà i examinarà un amplificador de transistors NPN CE fonamental. Suposem que l'estudiant té alguns coneixements sobre la teoria de l'amplificador de transistors, com l'ús de circuits equivalents de corrent altern. Per tant, s’estima que l’alumne dissenya el seu propi procés per realitzar l’experiment al laboratori, un cop finalitzada l’anàlisi prèvia al laboratori, pot analitzar i resumir els resultats de l’experiment a l’informe.
Els components necessaris són transistors NPN (2N3904 i 2N2222), VBE = 0,7V, Beta = 100, r’e = 25mv / IE a l’anàlisi del laboratori previ.
Pre-laboratori
Segons el diagrama del circuit, calculeu els paràmetres de CC com Ve, IE, VC, VB i VCE amb una tècnica aproximada. Dibuixeu el circuit equivalent en corrent altern i calculeu l’Av (guany de tensió), Zi (impedància d’entrada) i Zo (impedància de sortida). També esbosseu les formes d'ona compostes previsibles en diferents punts com A, B, C, D i E del circuit. En el punt 'A', assumint Vin com a pic de 100 mv, ona sinusoïdal amb 5 kHz.
Per a un amplificador de tensió, dibuixeu el circuit amb impedància d'entrada, una font de tensió que depèn, així com impedància o / p
Mesureu el valor d’impedància d’entrada com Zi mitjançant la inserció d’una resistència de prova dins d’una sèrie a través dels senyals d’entrada cap a l’amplificador i mesureu quant apareixerà realment el senyal del generador de corrent altern a l’entrada de l’amplificador.
Per determinar la impedància de sortida, traieu la resistència de càrrega momentàniament i calculeu la tensió ac o / p descarregada. Després d'això, torneu a posar la resistència de càrrega i torneu a mesurar la tensió ac o / p. Per determinar la impedància de sortida, es poden utilitzar aquestes mesures.
Experiment al laboratori
Dissenyeu el circuit en conseqüència i comproveu tots els càlculs anteriors. Utilitzeu l’acoblament de CC i el doble traç a l’oscil·loscopi. Després d’aquesta eliminació, l’emissor comú es mesura momentàniament i torna a mesurar el voltatge o / p. Avalueu els resultats mitjançant els vostres càlculs previs al laboratori.
Avantatges
Els avantatges d’un amplificador d’emissor comú són els següents.
- L’amplificador d’emissor comú té una impedància d’entrada baixa i és un amplificador inversor
- La impedància de sortida d’aquest amplificador és elevada
- Aquest amplificador té el guany de potència més elevat quan es combina amb el guany de corrent i mitjà voltatge
- El guany actual de l'amplificador d'emissor comú és elevat
Desavantatges
Els desavantatges d’un amplificador d’emissor comú són els següents.
- A les freqüències altes, l'amplificador d'emissor comú no respon
- El guany de tensió d’aquest amplificador és inestable
- La resistència de sortida és molt alta en aquests amplificadors
- En aquests amplificadors hi ha una alta inestabilitat tèrmica
- Alta resistència de sortida
Aplicacions
Les aplicacions d’un amplificador d’emissor comú inclouen les següents.
- Els amplificadors d’emissors comuns s’utilitzen en els amplificadors de tensió de baixa freqüència.
- Aquests amplificadors s’utilitzen típicament als circuits de RF.
- En general, els amplificadors s’utilitzen als amplificadors de baix soroll
- El circuit d’emissors comuns és popular perquè és molt adequat per a l’amplificació de voltatge, especialment a freqüències baixes.
- Els amplificadors d’emissors comuns també s’utilitzen en circuits de transceptors de radiofreqüència.
- Configuració d’emissor comú que s’utilitza habitualment en amplificadors de baix soroll.
En aquest article es parla el funcionament de l'amplificador d'emissor comú circuit. En llegir la informació anterior teniu una idea sobre aquest concepte. A més, qualsevol consulta al respecte o si voleu per implementar projectes elèctrics Si us plau, no dubteu a comentar a la secció següent. Aquí teniu la pregunta, quina és la funció de l'amplificador d'emissor comú?
