BJT Puzzler: Emitor Umum atau Pengikut Emitor?

9

Beberapa anggota reputasi tinggi tidak menyetujui hal ini dalam konteks pertanyaan lain, jadi saya pikir saya akan mempostingnya sebagai pertanyaan terpisah.

Pertanyaan: Apakah NPN BJT di sirkuit ini dikonfigurasi sebagai emitor umum atau kolektor umum?

masukkan deskripsi gambar di sini

Perhatikan bahwa, mungkin tidak biasa, S + node adalah ground dan S- node adalah output. 'S' di sini berarti akal, tetapi untuk tujuan saat ini dapat diartikan sebagaiVout.

Ini adalah bagian dari rangkaian Catu Daya DC Bench, dan terlihat seperti ini pada level blok. Perhatikan simbol mencari op amp-ish mewakili seluruh penguat, bukan op amp LF411 khusus:

masukkan deskripsi gambar di sini

Mengabstraksi dari op amp ke sumber tegangan sinyal, saya percaya keduanya adalah tata letak alternatif untuk melihat rangkaian. Saya sengaja meletakkannya dalam bentuk yang mengingatkan kita pada emitor umum klasik dan kolektor umum (pengikut emitor).

masukkan deskripsi gambar di sini

Saya tidak ingin merusak kesenangan bagi siapa pun, jadi kesimpulan saya sendiri ada di bilah spoiler di bawah ini. Gulung dengan mouse Anda untuk melihat apakah Anda suka. Ini merupakan kesimpulan kerja terbaik saya. Saya masih memiliki sedikit keraguan dalam pikiran saya :)

Emitor umum, lebih khusus, emitor ground. BJT menambah penguatan ke sirkuit, sebanding dengan tahanan beban.

Jawaban harus menyatakan alasan untuk kesimpulannya. Saya pikir salah satu fitur keren dari teka-teki seperti ini adalah memaksa orang untuk menggali apa yang penting dalam bentuk, tidak hanya mengenalinya dalam bentuk klasik :)

scanny
sumber
1
ooh, pertanyaan jebakan!
gsills
Saya mencoba mencari tahu siapa yang mengira itu adalah rangkaian yang bagus untuk catu daya ... sungguh, tidak ada ujung dari sumber 45V Anda yang terhubung ke tegangan tetap? Itu terlihat seperti resep untuk masalah.
alex.forencich
@ alex.forencich - Ini pada dasarnya adalah rangkaian yang tepat (dikurangi komponen kompensasi) untuk Agilent E3610A yang saya miliki. Mereka menggunakan darlington dan ada transistor driver PNP di sana, tetapi profil gain pada dasarnya sama, hanya bergeser beberapa dB karena darlington (2N6056). Ini cukup umum dalam pengalaman saya untuk memiliki output mengambang pada catu daya bangku DC, dan V.unreg dirujuk ke S-. Apakah itu yang Anda maksudkan?
Scanny
1
Ini pertanyaan yang bagus. Dan, segala sesuatunya berjalan seperti salah satu pertanyaan terbaik di sini untuk sementara waktu.
gsills
1
@scanny hingga saat ini memiliki pertanyaan dengan format terbaik. Sudah selesai dilakukan dengan baik.
efox29

Jawaban:

4

Saya tidak akan menjawab pertanyaan ini, karena saya sudah melewatinya dengan pertanyaan sebelumnya dari OP (scanny). Tapi, itu berubah menjadi berantakan, tidak bisa menahannya. Maksud saya, 1 jawaban benar dari 3 sejauh ini? Bagaimana sirkuit ini sangat membingungkan? Kita akan membahasnya, tetapi pertama-tama beberapa sejarah.

Ketika saya pertama kali melihat sirkuit ini saya menulis analisisnya sebagai pengikut emitor. Saya tidak melihat tanah pada awalnya, karena itu disembunyikan secara cerdik di depan mata antara referensi masukan pembalik U1 danRload. Kemudian dalam sebuah komentar, scanny menyarankan agar dia mengira sirkuit itu adalah emitor biasa. Apa yang dia bicarakan? Saya melihat sirkuit lagi dan melakukan percobaan mental dengan memvariasikan tegangan simpul dan memikirkan apa artinya itu, dan semuanya masih terlihat seperti pengikut emitor, jadi nah. Tetapi scanny memiliki pengamatan tambahan tentang perilaku yang tidak masuk akal dan pengikut emitor, tetapi membuat banyak akal untuk emitor umum. Jadi, saya menggambar ulang sirkuit dari awal untuk melihat lebih jauh. Setelah menggambar ulang sirkuit saya menyadari bahwa saya berurusan dengan seorang idiot: Saya jam 1 pagi.

Berikut adalah versi sirkuit yang saya anotasi dari redraw:

skema

mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab

Menggambar ulang sirkuit sebagai model AC sinyal kecil membuat saya mengubah arah segalanya, dan benar-benar berpikir tentang V.unreg, V.ref, dan di mana semua alasan berada. Sirkuit yang dihasilkan jelas merupakan emitor umum.

Penting untuk diwujudkan dalam rangkaian:

  • Referensi sebenarnya adalah S + atau ground.
  • V.unreg adalah diferensial 45V, tetapi mode umum mengapung dengan Q1-c.
  • Baik V.unreg dan V.ref bertindak sebagai tegangan offset.

Jika Anda membandingkan perubahan tegangan Rload terlihat ketika U1-output dimodulasi di sirkuit ini, ke sirkuit asli, Anda akan melihat dua sirkuit melakukan hal yang sama.


Tapi, mengapa sirkuit ini begitu membingungkan?

Meskipun, skema asli digambar dengan baik, orientasi Q1 dan penempatan relatif V.unreg dan Rloadsangat seperti yang diharapkan untuk tahap kekuatan pengikut emitor. Topologi pengikut emitor juga diharapkan dalam aplikasi seperti ini (biasanya, karena emitor bersama memiliki lebih banyak masalah stabilitas).

Ini semacam pembingkaian. Orang-orang, dengan kebiasaan, mendapatkan pegas untuk melihat pengikut emitor terlebih dahulu. Setelah terlihat seperti itu, ada penolakan terhadap sudut pandang lain.

Di sini, mari kita menggambar kembali sirkuit, dengan cara lain yang berbeda, tetapi setara.

skema

mensimulasikan rangkaian ini

Sudah cukup jelas bahwa semuanya dirujuk ke S +, V.unreg mengapung, dan tegangan pada S- dimodulasi oleh Q1-c melalui perubahan tegangan mode umum V.unreg.

gsills
sumber
2
Saya baru saja menghapus jawaban saya. Itu semua "pengikut kolektor / emitor umum" untuk alasan yang persis sama seperti yang Anda sebutkan di paragraf kedua (kecuali saya bukan idiot pada jam 1 pagi, tetapi pada idiot yang terburu-buru menjawab (?!) Jawaban yang terlalu sederhana di kopi - pecah setelah pertemuan yang menjengkelkan. Namun, seandainya saya melakukan analisis sinyal kecil seperti yang seharusnya, saya akan berakhir tepat pada solusi yang Anda sebutkan. Terima kasih telah meluangkan waktu untuk menggambar ulang skema dan menunjukkan tidak penting dari Sumber 45 V dalam model AC (sinyal kecil)
zebonaut
Saya sedang memikirkan apa yang Anda katakan dan saya akan kembali !!!
Andy alias
1
@zebonaut, saya pikir sebagian besar setidaknya agak bias melihat sirkuit yang menyerupai ini sebagai pengikut emitor, mudah untuk ditipu sendiri. Mengambang sumber 45V sangat halus. Sirkuit yang menarik.
gsills
4

Apakah catu daya opamp direferensikan ke S +? Jika demikian, BJT adalah seperti yang Anda katakan dalam konfigurasi emitor umum dan Anda akan mengalami masalah menstabilkan loop umpan balik.

Kevin White
sumber
Ya, catu daya op amp (12+ dan 12- dalam skema) dirujuk ke S +. Saya telah menghapus semua komponen kompensasi hanya untuk fokus pada konfigurasi amp BJT, tapi ya, itu merupakan tantangan untuk kompensasi. Membuat saya bertanya-tanya mengapa desainer catu daya DC profesional memilih sirkuit ini :)
scanny
2
Mereka "melayang" catu daya opamp sehingga rentang tegangan dari output keseluruhan rangkaian bisa jauh lebih besar daripada apa yang opamp akan mampu menangani secara langsung.
Dave Tweed
Katakanlah Kevin, bisakah Anda sedikit menjelaskan alasannya? Sepertinya kita masih tidak semua melihatnya seperti itu, jadi berharap Anda dapat membantu kami mengikuti kesimpulan Anda :)
scanny
4

Berikut adalah bagian yang relevan dari rangkaian yang digambar ulang: -

masukkan deskripsi gambar di sini

Ada 45V pada kolektor relatif terhadap S-.

Tegangan emitor melakukan apa yang op-amp output lakukan (-0,7 volt lebih rendah) yaitu elemen kontrol dan itu adalah pengikut emitor.

Jika saya menggambar sirkuit dengan S + sebagai output dan S- disebut "ground", adakah yang tidak setuju bahwa ini adalah kolektor umum: -

masukkan deskripsi gambar di sini

Sudahkah saya membuat kesalahan dalam konversi ini? Simulasi saya (menggunakan V4) sebagai stimulus memberi saya hasil yang saya harapkan untuk seorang kolektor umum tapi sayangnya simulator saya memberikan hasil gila jika saya HANYA menukar label tanah dan Vout jadi ini menjengkelkan.

Berikut adalah hasil sesuai sirkuit di atas: -

masukkan deskripsi gambar di sini

Gainnya adalah 12,146 dB dari DC hingga lebih dari 100 kHz, titik 3dB adalah 1,246 MHz dan sudut fase -71 derajat pada frekuensi ini. Apakah saya melewatkan sesuatu di sini? Apakah saya juga bodoh (tidak pernah terdengar)?

Jika saya kabel dua 7805 seperti ini: -

masukkan deskripsi gambar di sini

Apakah ini mengubah 7805 bawah tidak stabil? Ini adalah koneksi sirkuit yang benar-benar valid dan pada gambar 17 dalam lembar data Fairchild itu menunjukkan contoh yang serupa: -

masukkan deskripsi gambar di sini

Ada banyak pekerjaan bagus yang menunjukkan itu adalah emitor umum, jadi saya mulai merasa saya mungkin melewatkan sesuatu di sini?

Andy alias
sumber
1
Tetapi karena pasokan op amp direferensikan ke S +, tegangan outputnya bervariasi beberapa mV dari 0,7V, cukup hanya untuk menyediakan arus yang diminta oleh titik penjumlahan sampel (input non-pembalik); (yang akan melayang sangat dekat dengan 0V untuk apa pun yang penting). Dan karena outputnya adalah S-, Anda akan mendapatkan kira-kira -30V untuk perubahan 0,3V, untuk kenaikan pada urutan 100. Apakah saya melewatkan sesuatu?
scanny
2
@Andy kesalahan Anda tampaknya lebih mencari bahwa U1 direferensikan ke S + dalam segala hal. Oleh karena itu ia mendorong Q1-b sehubungan dengan Q1-e. Emitter tidak mengikuti apa pun.
gsills
2
Maksud saya, karena OpAmp direferensikan ke ground, dan juga emitor, ia akan menggerakkan basis sehubungan dengan emitor. Setelah mencapai wilayah aktif, perubahan sangat kecil diVb dapat menyebabkan perubahan besar pada Vctapi Vetidak akan berubah. Emitor tidak benar-benar mengikuti basis.
gsills
1
@Andy, ada 2 konsep kunci dan halus yang membuat sirkuit asli (OC) dalam pertanyaan emitor umum (CE): V.unreg mengapung bebas dan Q1-b didorong sehubungan dengan Q1-e oleh U1 sejak U1-inv menggunakan Q1-e dan S + sebagai referensi. Sirkuit apa pun yang ditarik di mana V.unreg secara langsung terkait dengan salah satu landasan atau referensi tidak akan setara dengan OC, dan karenanya tidak relevan dengan pertanyaan. Bisakah pengikut emitor (EF) digunakan dalam regulator, bukan OC? Tentu, tetapi itu akan menjadi sirkuit yang berbeda.
gsills
1
Rangkaian yang Anda tambahkan dengan S + sebagai keluaran dan S- sebagai ground, memiliki pengikut emitor sebagai tingkat daya. Tetapi tidak setara dengan OC. Di sini, umpan balik untuk OpAmp dari Q1-e ke X1-inv, seperti yang Anda harapkan untuk EF. Tetapi referensi ke X1-noninv bertentangan, terkait dengan ground dan Vout. Jadi, regulator memodulasi diri sendiri dan referensi tidak stabil. Hasil simulasi dari sirkuit itu tidak boleh dipercaya.
gsills
0

Jika Anda menggambar setara AC tepat dan meninggalkan sebagian besar biasing, amplifier CC dan CE terlihat hampir identik. (Ingat, idealnya tidak ada arus yang mengalir melalui sumber sinyal!)

skema

mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab

skema

mensimulasikan rangkaian ini

Tapi tentu saja, mereka tidak identik. DC bias juga penting! Ingat bahwa di wilayah linier,VC>VE. Model AC sendiri tidak menjamin itu. Melihat arah aliran arus DC + AC membuat perbedaan menjadi jelas:

skema

mensimulasikan rangkaian ini

skema

mensimulasikan rangkaian ini

Jadi, inilah cara membedakannya. Jika arus beban mengalir dari simpul kolektor ke simpul emitor, itu adalah emitor biasa. Jika arus beban mengalir dari emitor ke kolektor, itu adalah kolektor umum. Saya pikir aturan ini berfungsi sepanjang waktu untuk keluaran DC-coupled. Untuk keluaran AC-coupled, ia bekerja pada puncak collector / emitor voltage.

Terlepas dari cara Anda menggambarnya, emitor Anda terhubung langsung ke sisi output yang tinggi. Itu membuatnya menjadi penguat kolektor umum (pengikut emitor).

EDIT: Saya akan mensimulasikan ini:

skema

mensimulasikan rangkaian ini

Saya tidak tahu, teman-teman, ini terlihat sangat buruk seperti regulator linier CC bagi saya. Pembangkitan tegangan referensi aneh, tapi saya tidak melihat bagaimana itu mengubah topologi dasar. Ada tegangan tinggi yang tidak diatur pada input, tegangan yang diatur lebih rendah pada output, dan transistor NPN di antaranya. S- adalah simpul umum yang dibagi antara input dan output, dan arus mengalir dari S + ke S-. Umpan balik negatif diambil dari S +. Bagaimana bisa selain dari pengikut emitor?

Mungkin saya melewatkan sesuatu. Saya akan coba lagi dengan rangkaian op amp yang diganti oleh sumber tegangan DC (Vctrl). Pertanyaannya sekarang adalah apa yang harus digunakan sebagai sumber tanah? Saya akan mencoba S- pertama:

skema

mensimulasikan rangkaian ini

Sapu DC Vb - VS-

Saya menyapu Vctrl dari 0V - 47V, dan melihat perilaku yang saya harapkan dari pengikut emitor. Sekarang saya akan mencoba merujuk sumber ke S +:

skema

mensimulasikan rangkaian ini

Sapu DC Vb - VS +

Menyapu Vctrl dari 0V - 1V sekarang memberi saya banyak keuntungan pada output. Saya kira Anda bisa menyebutnya pembalik jika Anda menukar polaritas output, jadi saya kira saya bisa melihat mengapa Anda menyebutnya CE. Perbedaan utama tampaknya adalah bahwa dalam kasus pertama saya mengendalikanVBE+VO, dan dalam kasus kedua saya hanya mengendalikan VBE.

Jika saya mengambil pandangan bahwa saya mengendalikan VBEdengan beban pada kolektor, maka mulai terdengar lebih seperti penguat transkonduktansi daripada topologi penguat tegangan biasa. Saya kira itulah yang Anda harapkan dari rangkaian transistor kosong. Tetapi tegangan output konstan ...

Saya kehilangan sesuatu, tetapi saya tidak yakin apa itu.

Adam Haun
sumber
2
Ada 45V untuk disimpan Vc > Ve. Tetapi, apakah Anda mengatakan bahwa ini adalah pengikut emitor yang membalik? Karena AC bijak, itu terbalik, seperti yang akan emitor umum.
gsills
1
Saya telah memperbarui jawaban saya. Mungkin Anda bisa membantu menjernihkan kebingungan saya.
Adam Haun
1
Heh, baik melihat sirkuit yang disederhanakan, dengan Vctrl terhubung ke S + pertama. Bagi saya ini situasinya. JikaVb meningkat sedikit, Vctetes banyak. Ada inversi, dan harus terjadi penggandaan Miller. Sepertinya menjadi apa yang dalam praktiknya adalah CE. Di mana Vctrl terhubung ke S-, saya setuju akan menjadi pengikut emitor. Karena Vctrl tidak terhubung ke emitor, tetapi diisolasi olehRL. Saya akan mengatakan dalam kasus itu memiliki simbol tanah di mana itu adalah jenis palsu. Saya pikir itu turun ke tempat vcrtl direferensikan.
gsills
1
Sejauh menyangkut power stage ketika vcrtl terhubung ke S +, dimungkinkan untuk bertukar posisi RL dan Vunreg, dan fungsi dasar Q1 tidak terpengaruh. Tapi itu tidak berfungsi sama sekali di sirkuit dengan vctrl terhubung ke S-.
gsills