Existují různé typy tranzistorových zesilovačů ovládané pomocí vstupu střídavého signálu. To je zaměňováno mezi kladnou hodnotou a zápornou hodnotou, proto je to jediný způsob prezentace společného emitoru obvod zesilovače fungovat mezi dvěma špičkovými hodnotami. Tento proces je znám jako předpěťový zesilovač a je důležitou konstrukcí zesilovače pro stanovení přesného pracovního bodu tranzistorového zesilovače, který je připraven přijímat signály, a proto může snížit jakékoli zkreslení výstupního signálu. V tomto článku se budeme zabývat běžnou analýzou emitorového zesilovače.

Co je zesilovač?

Zesilovač je elektronický obvod, který se používá ke zvýšení síly slabého vstupního signálu, pokud jde o napětí, proud nebo výkon. Proces zvyšování síly slabého signálu je známý jako zesílení. Jedním z nejdůležitějších omezení během zesílení je to, že by se měla zvyšovat pouze velikost signálu a neměly by docházet ke změnám v původním tvaru signálu. Tranzistor (BJT, FET) je hlavní součástí zesilovacího systému. Pokud je jako zesilovač použit tranzistor, je prvním krokem zvolit vhodnou konfiguraci, ve které má být zařízení použito. Poté by měl být tranzistor předpjatý, aby získal požadovaný Q-bod. Signál je aplikován na vstup zesilovače a je dosaženo výstupního zisku.

Co je běžný zesilovač emitoru?

Společný emitorový zesilovač je tři základní jednostupňové bipolární spojovací tranzistor a používá se jako napěťový zesilovač. Vstup tohoto zesilovače je odebírán ze svorky základny, výstup je shromažďován ze svorky kolektoru a svorka emitoru je společná pro obě svorky. Základní symbol společného emitorového zesilovače je uveden níže.

Společný zesilovač emitoru

Společná konfigurace zesilovače emitoru

V konstrukci elektronických obvodů existují tři druhy konfigurací tranzistorů, jako je společný emitor, společná základna a společný kolektor. Nejčastěji používaným je společný emitor kvůli jeho hlavním atributům.

Tento druh zesilovače zahrnuje signál, který je předán základnové svorce, poté je výstup přijímán z kolektorové svorky obvodu. Ale jak název napovídá, hlavní atribut obvodu emitoru je známý jak pro vstup, tak pro výstup.

Konfigurace společného emitorového tranzistoru je široce používána ve většině návrhů elektronických obvodů. Tato konfigurace je rovnoměrně vhodná pro oba tranzistory, jako jsou tranzistory PNP a NPN, ale tranzistory NPN se nejčastěji používají kvůli širokému použití těchto tranzistorů.

V konfiguraci Common Emitter Amplifier je vysílač BJT společný pro vstupní i výstupní signál, jak je uvedeno níže. Uspořádání je stejné pro a PNP tranzistor , ale zkreslení bude naproti NPN tranzistoru w.r.t.

Konfigurace zesilovače CE

Provoz zesilovače společného vysílače

Když je signál aplikován přes spojení emitor-základna, předpětí dopředu přes toto spojení se zvyšuje během horní poloviny cyklu. To vede ke zvýšení toku elektronů z vysílače do kolektoru přes základnu, a tím zvyšuje kolektorový proud. Zvyšující se proud kolektoru způsobuje další poklesy napětí na zatěžovacím odporu kolektoru RC.

Provoz zesilovače CE

Záporný poloviční cyklus snižuje dopředné předpětí na křižovatce emitor-základna. Klesající napětí kolektorové báze snižuje kolektorový proud v celém kolektorovém rezistoru Rc. Zesílený odpor zátěže se tedy objevuje přes kolektorový odpor. Společný obvod zesilovače emitoru je zobrazen výše.

Z průběhů napětí pro obvod CE zobrazených na obr. (B) je vidět, že mezi vstupními a výstupními průběhy je fázový posun o 180 stupňů.

Práce zesilovače společného vysílače

Níže uvedené schéma zapojení ukazuje fungování společného obvodu zesilovače emitoru a skládá se z děliče napětí předpětí, slouží k napájení základního předpětí podle potřeby. Předpětí děliče napětí má dělič potenciálu se dvěma odpory, které jsou připojeny tak, že se střed používá pro napájení základního předpětí.

Společný obvod zesilovače emitoru

Existují různé typy elektronických součástek ve společném emitorovém zesilovači, kterým je rezistor R1, se používá pro dopředné předpětí, rezistor R2 se používá pro vývoj předpětí, rezistor RL se používá na výstupu, který se nazývá odpor zátěže. RE odpor se používá pro tepelnou stabilitu. Kondenzátor C1 se používá k oddělení střídavých signálů od stejnosměrného předpěťového napětí a kondenzátor je známý jako vazební kondenzátor .

Obrázek ukazuje, že předpětí vs. zisk, společné charakteristiky tranzistoru zesilovače emitoru, pokud se odpor R2 zvýší, pak dojde ke zvýšení dopředného předpětí a předpětí R1 & jsou vzájemně nepřímo úměrné. The střídavý proud se aplikuje na základnu tranzistoru společného zesilovacího obvodu emitoru, pak dochází k toku malého základního proudu. Kolektorem tedy protéká RC proudem velké množství proudu. Napětí v blízkosti odporu RC se změní, protože hodnota je velmi vysoká a hodnoty jsou od 4 do 10 kOhm. Proto je v obvodu kolektoru přítomno obrovské množství proudu, které zesilovalo ze slabého signálu, proto běžné emitorové tranzistory fungují jako obvod zesilovače.

Zesílení napětí zesilovače společného vysílače

Zisk proudu společného zesilovače emitoru je definován jako poměr změny kolektorového proudu ke změně základního proudu. Zisk napětí je definován jako součin proudového zisku a poměru výstupního odporu kolektoru k vstupnímu odporu základních obvodů. Následující rovnice ukazují matematické vyjádření zesílení napětí a zesílení proudu.

β = ΔIc / ΔIb

Av = β Rc / Rb

Obvodové prvky a jejich funkce

Společné prvky obvodu zesilovače emitoru a jejich funkce jsou popsány níže.

Předpínací obvod / dělič napětí

Odpory R1, R2 a RE byly použity k vytvoření obvod předpětí a stabilizace napětí . Předpínací obvod musí stanovit správný provozní Q-bod, jinak může být část záporného polovičního cyklu signálu na výstupu přerušena.

Vstupní kondenzátor (C1)

Kondenzátor C1 se používá k připojení signálu k základní svorce BJT. Pokud tam není, odpor zdroje signálu, Rs narazí na R2, a proto změní předpětí. C1 umožňuje tok pouze střídavého signálu, ale izoluje zdroj signálu od R2

Emitter Bypass Capacitor (CE)

Obtokový kondenzátor Emitter CE se používá paralelně s RE k zajištění cesty nízké reaktance k zesílenému střídavému signálu. Pokud není použit, pak zesílený střídavý signál sledující RE způsobí pokles napětí na něm, a tím pokles výstupního napětí.

Spojovací kondenzátor (C2)

Vazební kondenzátor C2 spojuje jeden stupeň zesílení s dalším stupněm. Tato technika se používá k izolaci nastavení stejnosměrného předpětí dvou spojených obvodů.

Proudy obvodů zesilovače CE

Základní proud iB = IB + ib kde,

IB = stejnosměrný základní proud, když není použit žádný signál.

ib = AC základna, když je aplikován AC signál a iB = celkový základní proud.

Sběratelský proud iC = IC + ic kde,

iC = celkový proud kolektoru.

IC = nulový proud kolektoru signálu.

ic = střídavý proud kolektoru, když je aplikován střídavý signál.

Vysílací proud iE = IE + tj. Kde,

IE = nulový proud emitoru signálu.

Ie = proud střídavého emitoru, když je aplikován střídavý signál.

iE = celkový proud emitoru.

Společná analýza vysílače a zesilovače

Prvním krokem v AC analýze obvodu zesilovače Common Emitter je nakreslení ekvivalentního obvodu AC snížením všech stejnosměrných zdrojů na nulu a zkratováním všech kondenzátorů. Níže uvedený obrázek ukazuje ekvivalentní obvod střídavého proudu.

AC ekvivalentní obvod pro CE zesilovač

Dalším krokem v AC analýze je nakreslení obvodu h-parametrů nahrazením tranzistoru v obvodu ekvivalentního střídavému proudu za jeho model h-parametrů. Níže uvedený obrázek ukazuje ekvivalentní obvod h-parametru pro obvod CE.

Ekvivalentní obvod h-parametru pro zesilovač společného vysílače

Typický výkon obvodu CE je shrnut níže:

Vstupní impedance zařízení, Zb = hie
Vstupní impedance obvodu, Zi = R1 || R2 || Zb
Výstupní impedance zařízení, Zc = 1 / motyka
Impedance výstupního obvodu, Zo = RC || ZC ≈ RC
Zisk napětí obvodu, Av = -hfe / hie * (Rc || RL)
Zisk proudu obvodu, AI = hfe. RC. Rb / (Rc + RL) (Rc + hie)
Zisk napájení obvodu, Ap = Av * Ai

Frekvenční odezva zesilovače CE

Zisk napětí zesilovače CE se mění s frekvencí signálu. Je to proto, že reaktance kondenzátorů v obvodu se mění s frekvencí signálu, a proto ovlivňuje výstupní napětí. Křivka nakreslená mezi napěťovým ziskem a frekvencí signálu zesilovače je známá jako frekvenční odezva. Níže uvedený obrázek ukazuje frekvenční charakteristiku typického zesilovače CE.

Frekvenční odezva

Z výše uvedeného grafu pozorujeme, že napěťový zisk klesá při nízkých frekvencích (FH), zatímco ve středofrekvenčním rozsahu (FL až FH) je konstantní.

Při nízkých frekvencích ( Reaktance vazebního kondenzátoru C2 je relativně vysoká, a proto velmi malá část signálu projde ze stupně zesilovače do zátěže.

CE navíc nemůže účinně bočit RE kvůli jeho velké reaktanci při nízkých frekvencích. Tyto dva faktory způsobují pokles napětí na nízkých frekvencích.

Při vysokých frekvencích (> FH) Reaktance vazebního kondenzátoru C2 je velmi malá a chová se jako zkrat. To zvyšuje zatěžovací účinek stupně zesilovače a slouží ke snížení napěťového zisku.

Navíc při vysokých frekvencích je kapacitní reaktance spojení základna-emitor nízká, což zvyšuje základní proud. Tato frekvence snižuje aktuální zesilovací faktor β. Z těchto dvou důvodů poklesne napětí na vysoké frekvenci.

Při středních frekvencích (FL až FH) Zisk napětí zesilovače je konstantní. Účinek vazebního kondenzátoru C2 v tomto frekvenčním rozsahu je takový, že udržuje konstantní napěťový zisk. Jak se tedy frekvence v tomto rozsahu zvyšuje, reaktance CC klesá, což má tendenci zvyšovat zisk.

Současně však nižší reaktance znamená, že vyšší se téměř navzájem ruší, což má za následek jednotný trh se střední frekvencí.

Můžeme pozorovat, že frekvenční odezva jakéhokoli obvodu zesilovače spočívá v rozdílu v jeho výkonu prostřednictvím změn ve frekvenci vstupního signálu, protože ukazuje frekvenční pásma, kde výstup zůstává poměrně stabilní. Šířku pásma obvodu lze definovat jako frekvenční rozsah malý nebo velký mezi ƒH & ƒL.

Z toho tedy můžeme rozhodnout o napěťovém zisku pro jakýkoli sinusový vstup v daném rozsahu frekvence. Frekvenční odezva logaritmické prezentace je Bodeho diagram. Většina zvukových zesilovačů má plochou frekvenční odezvu, která se pohybuje od 20 Hz do 20 kHz. U zvukového zesilovače je frekvenční rozsah známý jako šířka pásma.

Frekvenční body jako ƒL & ƒH se vztahují k dolnímu rohu a hornímu rohu zesilovače, což jsou poklesy zesílení obvodů při vysokých i nízkých frekvencích. Tyto kmitočtové body se také nazývají decibelové body. Takže BW lze definovat jako

BW = fH - fL

DB (decibel) je 1/10 B (bel), je známá nelineární jednotka pro měření zisku a je definována jako 20log10 (A). Zde „A“ je desítkový zisk, který je vynesen nad osu y.

Maximální výstup lze získat nulovými decibely, které komunikují směrem k veličině funkce jednoty, jinak k ní dojde jednou Vout = Vin, když na této frekvenční úrovni nedojde ke snížení, takže

VOUT / VIN = 1, tedy 20log (1) = 0dB

Z výše uvedeného grafu si můžeme všimnout, že výstup ve dvou mezních frekvenčních bodech se sníží z 0 dB na -3 dB a nadále klesá pevnou rychlostí. Toto snížení zisku je obecně známé jako odvalovací část křivky frekvenční odezvy. Ve všech základních obvodech filtrů a zesilovačů lze tuto rychlost zavádění definovat jako 20 dB / dekádu, což se rovná rychlosti 6 dB / oktáva. Pořadí obvodu se tedy vynásobí těmito hodnotami.

Tyto hraniční body -3dB budou popisovat frekvenci, kde lze zisk o / p snížit na 70% jeho nejvyšší hodnoty. Poté můžeme správně říci, že frekvenční bod je také frekvence, při které se zisk systému snížil na 0,7 nejvyšší hodnoty.

Běžný emitorový tranzistorový zesilovač

Schéma zapojení tranzistorového zesilovače společného emitoru má společnou konfiguraci a jedná se o standardní formát tranzistorového obvodu, zatímco je požadován zisk napětí. Společný emitorový zesilovač se také převádí jako invertující zesilovač. The různé typy konfigurací v tranzistoru zesilovače jsou společná základna a společný kolektorový tranzistor a obrázek jsou uvedeny v následujících obvodech.

Běžný emitorový tranzistorový zesilovač
Vlastnosti zesilovače společného vysílače
Zisk napětí běžného zesilovače emitoru je střední
Zisk výkonu je u společného emitorového zesilovače vysoký
Vstup a výstup má fázový vztah 180 stupňů
Ve společném emitorovém zesilovači jsou vstupní a výstupní odpory střední.
Charakteristický graf mezi předpětím a zesílením je uveden níže.

Vlastnosti
Napětí zkreslení tranzistoru
Jakmile je tranzistor aktivován, určí Vcc (napájecí napětí) nejvyšší Ic (kolektorový proud). Ib (základní proud) pro tranzistor lze zjistit z Ic (kolektorový proud) & zesílení stejnosměrného proudu β (Beta) tranzistoru.
VB = VCC R2 / R1 + R2
Hodnota Beta
Někdy se „β“ označuje jako „hFE“, což je propustný proudový zisk tranzistoru v konfiguraci CE. Beta (β) je pevný poměr dvou proudů, jako jsou Ic a Ib, takže neobsahuje jednotky. Takže malá změna v základním proudu způsobí obrovskou změnu v kolektorovém proudu.

“rozdíl mezi NMOS a PMOS ”

Stejný typ tranzistorů a jejich číslo dílu budou obsahovat obrovské změny v jejich hodnotách „β“. Například NPN tranzistor jako BC107 obsahuje hodnotu Beta (zisk stejnosměrného proudu mezi 110 - 450 na základě datového listu. Takže jeden tranzistor může obsahovat hodnotu 110 Beta, zatímco jiný může obsahovat hodnotu 450 Beta, oba tranzistory jsou však Tranzistory NPN BC107, protože Beta je charakteristickým znakem struktury tranzistoru, ale nikoli jeho funkcí.
Když je spojení základny nebo emitoru tranzistoru spojeno s předpětím, pak napětí emitoru „Ve“ bude jediné spojení, kde pokles napětí je odlišný od napětí svorky základny. Proud emitoru (Ie) není nic jiného než napětí přes odpor emitoru. To lze vypočítat jednoduše pomocí Ohmova zákona. „Ic“ (kolektorový proud) lze aproximovat, protože se jedná přibližně o podobnou hodnotu jako emitorový proud.
Vstupní a výstupní impedance zesilovače společného vysílače
V každé konstrukci elektronických obvodů jsou úrovně impedance jedním z hlavních atributů, které je třeba vzít v úvahu. Hodnota vstupní impedance je obvykle v oblasti 1 kΩ, přičemž se může výrazně lišit v závislosti na podmínkách a hodnotách obvodu. Menší vstupní impedance bude výsledkem pravdy, že vstup je dán napříč dvěma svorkami tranzistorové základny a emitoru, protože existuje dopředně předpjatý spoj.
Impedance o / p je také poměrně vysoká, protože se opět výrazně liší v hodnotách hodnot vybraných elektronických součástek a povolených úrovních proudu. Impedance o / p je minimálně 10 kΩ, jinak může být vysoká. Pokud však odběr proudu umožňuje odběr vysokých úrovní proudu, pak se impedance o / p výrazně sníží. Úroveň impedance nebo odporu pochází ze skutečnosti, že výstup se používá z terminálu kolektoru, protože existuje reverzně předpjatý spoj.
Jednostupňový zesilovač společného vysílače
Níže je zobrazen jednostupňový zesilovač společného emitoru a níže jsou popsány různé prvky obvodu s jejich funkcemi.
Předpínací obvod
Obvody jako předpětí i stabilizace mohou být vytvořeny s odpory jako R1, R2 a RE
Vstupní kapacita (Cin)
Vstupní kapacitu lze označit „Cin“, které se používá ke kombinování signálu směrem k základní svorce tranzistoru.
Pokud tato kapacita není použita, pak se odpor zdroje signálu přiblíží přes odpor „R2“, aby se změnilo předpětí. Tento kondenzátor umožňuje dodávat jednoduše střídavý signál.
Emitter Bypass Capacitor (CE)
Připojení bypassového kondenzátoru emitoru lze provést paralelně s RE, aby se poskytl pruh s nízkou reaktancí směrem k zesílenému střídavému signálu. Pokud není použit, pak zesílený střídavý signál bude proudit skrz RE, což způsobí pokles napětí na něm, takže lze o / p napětí posunout.
Spojovací kondenzátor (C)
Tento vazební kondenzátor se používá hlavně ke kombinování zesíleného signálu směrem k zařízení o / p tak, aby umožňoval jednoduše dodávat střídavý signál.
Pracovní
Jakmile je slabý vstupní střídavý signál dán směrem k základnové svorce tranzistoru, pak bude dodávat malé množství základního proudu, kvůli tomuto tranzistorovému aktu, vysoké střídavé napětí. proud bude protékat zátěží kolektoru (RC), takže na zátěž kolektoru i na výstup se může dostat vysoké napětí. Tudíž je slabý signál aplikován směrem k základní svorce, který se objevuje v zesílené formě v kolektorovém obvodu. Zesílení napětí zesilovače jako Av je vztah mezi zesíleným vstupním a výstupním napětím.
Frekvenční odezva a šířka pásma
Lze uzavřít napěťový zisk zesilovače jako Av pro několik vstupních frekvencí. Jeho charakteristiky lze vykreslit na obě osy jako frekvenci na ose X, zatímco napěťový zisk je na ose Y. Lze dosáhnout grafu frekvenční odezvy, který je uveden v charakteristikách. Můžeme tedy pozorovat, že zisk tohoto zesilovače lze snížit na velmi vysokých a nízkých frekvencích, nicméně zůstává stabilní v širokém rozsahu středofrekvenční oblasti.
FL nebo nízkou mezní frekvenci lze definovat, když je frekvence nižší než 1. O rozsahu frekvence lze rozhodnout, při kterém je zesílení zesilovače dvojnásobné oproti zesílení střední frekvence.
FL (horní mezní frekvence) lze definovat, jako když je frekvence ve vysokém rozsahu, při kterém je zesílení zesilovače 1 / √2násobek zesílení střední frekvence.
Šířku pásma lze definovat jako interval frekvence mezi nízkými a horními mezními frekvencemi.
BW = fU - fL
Společná teorie experimentu se zesilovačem emitoru
Hlavním záměrem tohoto tranzistorového zesilovače CE NPN je vyšetřit jeho činnost.
CE zesilovač je jednou z hlavních konfigurací tranzistorového zesilovače. V tomto testu student navrhne a prozkoumá základní tranzistorový zesilovač NPN CE. Předpokládejme, že student má určité znalosti o teorii tranzistorového zesilovače, jako je použití ekvivalentních obvodů střídavého proudu. Odhaduje se tedy, že student navrhne svůj vlastní postup pro provedení experimentu v laboratoři, jakmile je před laboratorní analýza kompletně provedena, pak může analyzovat a shrnout výsledky experimentu ve zprávě.
Požadované komponenty jsou tranzistory NPN - 2N3904 a 2N2222), VBE = 0,7V, Beta = 100, r’e = 25mv / IE v analýze Pre-lab.
Pre-laboratoř
Podle schématu zapojení vypočítejte parametry DC jako Ve, IE, VC, VB a VCE s přibližnou technikou. Načrtněte obvod ekvivalentního střídavého proudu a vypočítejte Av (zisk napětí), Zi (vstupní impedance) & Zo (výstupní impedance). Také načrtněte složené tvary vln předvídatelné v různých bodech jako A, B, C, D a E v obvodu. V bodě „A“ sečte Vin jako vrchol 100 mv, sinusová vlna s 5 kHz.
U napěťového zesilovače nakreslete obvod se vstupní impedancí, zdrojem napětí, který je závislý, stejně jako impedancí o / p
Změřte hodnotu vstupní impedance, jako je Zi, vložením testovacího rezistoru do série přes vstupní signály směrem k zesilovači a změřte, jak moc se signál generátoru střídavého proudu skutečně objeví na vstupu zesilovače.
Chcete-li určit výstupní impedanci, na okamžik vyjměte zátěžový rezistor a vypočítejte nezatížené střídavé napětí. Poté vraťte zátěžový odpor zpět a znovu změřte střídavé napětí. K určení výstupní impedance lze použít tato měření.
Experimentujte v laboratoři
Podle toho navrhněte obvod a zkontrolujte všechny výše uvedené výpočty. Na osciloskopu využijte stejnosměrné propojení i dual-trace. Po tomto odběru společný emitor na okamžik a znovu změřte o / p napětí. Vyhodnoťte výsledky pomocí předvýrobních výpočtů.
Výhody
Mezi výhody společného emitorového zesilovače patří následující.
Společný emitorový zesilovač má nízkou vstupní impedanci a jedná se o invertující zesilovač
Výstupní impedance tohoto zesilovače je vysoká
Tento zesilovač má nejvyšší energetický zisk v kombinaci se středním napětím a proudovým ziskem
Zisk proudu společného zesilovače emitoru je vysoký
Nevýhody
Nevýhody společného emitorového zesilovače zahrnují následující.
Ve vysokých frekvencích společný emitorový zesilovač nereaguje
Zisk napětí tohoto zesilovače je nestabilní
U těchto zesilovačů je výstupní odpor velmi vysoký
V těchto zesilovačích je vysoká tepelná nestabilita
Vysoký výstupní odpor
Aplikace
Mezi aplikace společného emitorového zesilovače patří následující.
Společné emitorové zesilovače se používají v nízkofrekvenčních napěťových zesilovačích.
Tyto zesilovače se obvykle používají v RF obvodech.
Obecně se zesilovače používají v nízkošumových zesilovačích
Společný obvod emitoru je populární, protože je vhodný pro zesílení napětí, zejména při nízkých frekvencích.
Zesilovače společného emitoru se také používají v obvodech vysokofrekvenčních transceiverů.
Společná konfigurace emitoru běžně používaná v nízkošumových zesilovačích.
Tento článek pojednává fungování společného emitorového zesilovače obvod. Přečtením výše uvedených informací získáte představu o tomto konceptu. Kromě toho jakékoli dotazy týkající se tohoto, nebo pokud chcete realizovat elektrotechnické projekty , neváhejte a komentujte v níže uvedené části. Zde je otázka, jaká je funkce společného zesilovače emitoru?