Обща верига на усилвателя на излъчвателя и нейните характеристики

Обща верига на усилвателя на излъчвателя и нейните характеристики

Има различни видове транзисторни усилватели управляван чрез използване на вход за променлив сигнал. Това се разменя между положителната и отрицателната стойност, следователно това е единственият начин за представяне на общия излъчвател усилвателна верига да функционира между две пикови стойности. Този процес е известен като усилващ усилвател и е важен дизайн на усилвателя, за да се установи точната работна точка на транзисторен усилвател, който е готов да приема сигналите, поради което може да намали всяко изкривяване на изходния сигнал. В тази статия ще обсъдим общ анализ на усилвател на емитер.



Какво е усилвател?

Усилвателят е електронна схема, която се използва за увеличаване на силата на слаб входен сигнал по отношение на напрежение, ток или мощност. Процесът на увеличаване на силата на слаб сигнал е известен като усилване. Едно от най-важните ограничения по време на усилването е, че само големината на сигнала трябва да се увеличава и не трябва да има промени в оригиналната форма на сигнала. Транзисторът (BJT, FET) е основен компонент в усилвателна система. Когато транзисторът се използва като усилвател, първата стъпка е да се избере подходяща конфигурация, в която да се използва устройството. След това транзисторът трябва да бъде пристрастен, за да получи желаната Q-точка. Сигналът се прилага към входа на усилвателя и се постига усилване на изхода.


Какво е усилвател с общ излъчвател?

Усилвателят с общ емитер е три основни едноетапни биполярен транзистор за свързване и се използва като усилвател на напрежение. Входът на този усилвател се взема от базовия терминал, изходът се събира от терминала на колектора и терминалът на емитер е общ за двата терминала. Основният символ на усилвателя с общ емитер е показан по-долу.



Усилвател с общ излъчвател

Усилвател с общ излъчвател

Обща конфигурация на усилвател на излъчвател

При проектирането на електронни схеми се използват три вида конфигурации на транзистори като общ емитер, обща база и общ колектор, като най-често използваният е общ емитер поради основните му атрибути.



Този вид усилвател включва сигнала, който се подава към базовия терминал, след което изходът се получава от колекторния терминал на веригата. Но както подсказва името, основният атрибут на емитерната верига е познат както за входа, така и за изхода.

Конфигурацията на общ емитер транзистор се използва широко в повечето проекти на електронни схеми. Тази конфигурация е равномерно подходяща както за транзисторите като PNP, така и за NPN транзистори, но NPN транзисторите се използват най-често поради широкото използване на тези транзистори.


В общата конфигурация на усилвателя на излъчвателя, излъчвателят на BJT е общ както за входния, така и за изходния сигнал, както е показано по-долу. Разположението е същото за a PNP транзистор , но пристрастието ще бъде срещу w.r.t NPN транзистор.

Конфигурации на CE усилвател

Конфигурации на CE усилвател

Работа с усилвател с общ емитер

Когато се подаде сигнал през кръстовището емитер-база, пристрастието напред през това кръстовище се увеличава по време на горната половина на цикъла. Това води до увеличаване на потока на електрони от емитер към колектор през основата, следователно увеличава тока на колектора. Нарастващият ток на колектора прави повече падания на напрежението в натоварващия резистор RC на колектора.

Работа на CE усилвател

Работа на CE усилвател

Отрицателният полуцикъл намалява напрежението на предни отклонения в кръстовището на емитер-база. Намаляващото напрежение на основата на колектора намалява колекторния ток в целия колектор резистор Rc. По този начин усиленият резистор на товара се появява през колекторния резистор. Общата схема на усилвател на емитер е показана по-горе.

От вълновите форми на напрежението за CE веригата, показани на фиг. (B), се вижда, че има 180-градусова фаза на изместване между входните и изходните форми на вълната.

Работа на усилвател с общ емитер

Диаграмата по-долу показва работата на общата схема на усилвател на емитер и тя се състои от делител на напрежението отклонение, използвано за захранване на базовото напрежение на отклонението според необходимостта. Преместването на делителя на напрежението има потенциален разделител с два резистора, свързани по начин, по който средната точка се използва за подаване на напрежение на основното отклонение.

Обща схема на усилвател на емитер

Обща схема на усилвател на емитер

Има различни видове електронни компоненти в общия излъчвател усилвател, които са R1 резистор се използва за пристрастие напред, R2 резистор се използва за развитие на пристрастия, RL резистор се използва на изхода се нарича съпротивление на натоварване. RE резисторът се използва за термична стабилност. Кондензаторът С1 се използва за отделяне на променливотоковите сигнали от постояннотоковото напрежение и кондензаторът е известен като свързващият кондензатор .

Фигурата показва, че пристрастието спрямо усилвателя на общия емитер усилвател на транзистора се увеличава, ако R2 резисторът се увеличи, тогава има увеличение на пристрастието напред и R1 и пристрастията са обратно пропорционални един на друг. The променлив ток се прилага към основата на транзистора на общата емитерна усилвателна верига, тогава има поток от малък базов ток. Следователно има голямо количество ток през колектора с помощта на RC съпротивлението. Напрежението в близост до RC на съпротивлението ще се промени, тъй като стойността е много висока и стойностите са от 4 до 10kohm. Следователно в колекторната верига има огромно количество ток, което се усилва от слабия сигнал, следователно общите емитерни транзистори работят като усилвателна верига.

Повишаване на напрежението на усилвателя с общ емитер

Коефициентът на усилване на тока на усилвателя с общ емитер се определя като съотношението на промяната в тока на колектора към изменението на базовия ток. Усилването на напрежението се дефинира като произведение на усилването на тока и съотношението на изходното съпротивление на колектора към входното съпротивление на базовите вериги. Следващите уравнения показват математическия израз на усилването на напрежението и усилването на тока.

β = ΔIc / ΔIb

Av = β Rc / Rb

Елементи на веригата и техните функции

Общите елементи на усилвателя на излъчвателя и техните функции са разгледани по-долу.

Разклонител / делител на напрежението

Съпротивленията R1, R2 и RE, използвани за образуване на верига за отклонение и стабилизация на напрежението . Схемата за отклонение трябва да установи правилна работна Q-точка, в противен случай част от отрицателния полуцикъл на сигнала може да бъде прекъсната в изхода.

Входен кондензатор (C1)

Кондензаторът C1 се използва за свързване на сигнала към базовия терминал на BJT. Ако не е там, съпротивлението на източника на сигнал, Rs ще се натъкне на R2 и следователно ще промени пристрастието. C1 позволява само AC сигнала да тече, но изолира източника на сигнал от R2

Байпасен кондензатор на емитер (CE)

Емитен байпасен кондензатор CE се използва успоредно с RE, за да осигури ниско съпротивление на пътя към усиления променлив сигнал. Ако не се използва, тогава усиленият променливотоков сигнал, следващ RE, ще доведе до спад на напрежението върху него, като по този начин ще падне изходното напрежение.

Съединителен кондензатор (C2)

Свързващият кондензатор С2 свързва един етап на усилване към следващия етап. Тази техника се използва за изолиране на настройките на DC пристрастия на двете свързани вериги.

CE верижни токове на усилвателя

Базов ток iB = IB + ib където,

IB = постоянен постоянен ток, когато не се подава сигнал.

ib = AC база, когато се подава AC сигнал и iB = общ базов ток.

Ток на колектора iC = IC + ic където,

iC = общ ток на колектора.

IC = нулев ток на колектора на сигнала.

ic = променлив ток на колектора при подаване на променлив сигнал.

Излъчващ ток iE = IE + т.е. къде,

IE = Ток на излъчвател на нулев сигнал.

Т.е. = променлив ток на излъчвател при подаване на променлив сигнал.

iE = общ ток на емитер.

Анализ на усилвателя с общ излъчвател

Първата стъпка в анализа на променлив ток на усилвателната верига с общ излъчвател е изготвянето на веригата за еквивалент на променлив ток чрез намаляване на всички източници на постоянен ток до нула и късо съединение на всички кондензатори. Фигурата по-долу показва веригата за еквивалент на променлив ток.

AC еквивалентна схема за CE усилвател

AC еквивалентна схема за CE усилвател

Следващата стъпка в анализа на променлив ток е изчертаване на верига на h-параметър чрез замяна на транзистора в еквивалентната верига на променлив ток с неговия h-параметър модел. Фигурата по-долу показва h-параметър еквивалентна схема за CE верига.

h-параметър еквивалентна схема за усилвател с общ емитер

h-параметър еквивалентна схема за усилвател с общ емитер

Типичните характеристики на веригата CE са обобщени по-долу:

  • Входен импеданс на устройството, Zb = hie
  • Входен импеданс на веригата, Zi = R1 || R2 || З б
  • Изходен импеданс на устройството, Zc = 1 / мотика
  • Изходен импеданс на веригата, Zo = RC || ZC ≈ RC
  • Усилване на напрежението на веригата, Av = -hfe / hie * (Rc || RL)
  • Коефициент на ток на веригата, AI = hfe. RC. Rb / (Rc + RL) (Rc + hie)
  • Усилване на мощността на веригата, Ap = Av * Ai

Честотен отговор на усилвателя CE

Усилването на напрежението на CE усилвателя варира в зависимост от честотата на сигнала. Това е така, защото реактивното съпротивление на кондензаторите във веригата се променя с честотата на сигнала и следователно влияе на изходното напрежение. Кривата, начертана между усилването на напрежението и честотата на сигнала на усилвателя, е известна като честотна характеристика. Фигурата по-долу показва честотната характеристика на типичен CE усилвател.

Честотен отговор

Честотен отговор

От горната графика наблюдаваме, че усилването на напрежението спада при ниски (FH) честоти, докато то е постоянно в средния честотен диапазон (FL до FH).

При ниски честоти ( Реактивността на свързващия кондензатор С2 е относително висока и следователно много малка част от сигнала ще премине от усилвателния етап към товара.

Освен това CE не може да шунтира ефективно RE поради голямото си съпротивление при ниски честоти. Тези два фактора причиняват спад на напрежението при ниски честоти.

При високи честоти (> FH) Реактивността на свързващия кондензатор C2 е много малка и се държи като късо съединение. Това увеличава ефекта на натоварване на усилвателя и служи за намаляване на усилването на напрежението.

Освен това, при високи честоти, капацитивното съпротивление на кръстовището на базови емитери е ниско, което увеличава базовия ток. Тази честота намалява коефициента на усилване на тока β. Поради тези две причини усилването на напрежението спада при висока честота.

На средни честоти (FL до FH) Усилването на напрежението на усилвателя е постоянно. Ефектът на свързващия кондензатор С2 в този честотен диапазон е такъв, че поддържа постоянно нарастване на напрежението. По този начин, с увеличаване на честотата в този диапазон, реактивността на CC намалява, което има тенденция да увеличава усилването.

В същото време обаче по-ниската реактивност означава по-висока, почти се отменят взаимно, което води до еднакво справедливо на средната честота.

Можем да наблюдаваме честотната характеристика на всяка усилвателна схема е разликата в нейната производителност чрез промени в честотата на входния сигнал, тъй като тя показва честотните ленти, където изходът остава доста стабилен. Широчината на честотната лента може да бъде определена като честотен диапазон, малък или голям сред amongH & ƒL.

Така че от това можем да решим коефициента на усилване на напрежението за всеки синусоидален вход в даден диапазон от честоти. Честотната характеристика на логаритмичното представяне е диаграмата на Боде. Повечето аудио усилватели имат плоска честотна характеристика, която варира от 20 Hz - 20 kHz. За аудио усилвател честотният диапазон е известен като Bandwidth.

Честотните точки като ƒL & ƒH са свързани с долния ъгъл и горния ъгъл на усилвателя, които са падането на усилването на веригите при високи, както и ниски честоти. Тези честотни точки са известни още като точки на децибели. Така че BW може да се определи като

BW = fH - fL

DB (децибел) е 1/10 от B (bel), е позната нелинейна единица за измерване на усилването и се дефинира като 20log10 (A). Тук „A“ е десетичната печалба, която се нанася върху оста y.

Максималният изход може да бъде получен чрез нулевите децибели, които комуникират към магнитудна функция на единица, иначе това се случва веднъж Vout = Vin, когато няма намаляване на това честотно ниво, така че

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

Можем да забележим от горната графика, изходът в двете гранични точки на честота ще намалее от 0dB на -3dB и продължава да спада с фиксирана скорост. Това намаление в рамките на усилването е известно като част от преобръщане на кривата на честотната характеристика. Във всички основни схеми на филтъра и усилвателя, тази скорост на преобръщане може да бъде дефинирана като 20dB / десетилетие, което е равно на 6dB / октава. И така, редът на веригата се умножава с тези стойности.

Тези точки на прекъсване -3dB ще опишат честотата, при която коефициентът на усилване o / p може да бъде намален до 70% от максималната му стойност. След това можем правилно да кажем, че честотната точка е и честотата, при която коефициентът на усилване на системата е намалял до 0,7 от нейната максимална стойност.

Транзисторен усилвател с общ емитер

Схемата на схемата на транзисторния усилвател с общ емитер има обща конфигурация и е стандартен формат на транзисторната верига, докато желаното усилване на напрежението Усилвателят с общ емитер също се преобразува като инвертиращ усилвател. The различни видове конфигурации в транзистора усилвателите са обща основа и общия колектор транзистор и фигурата са показани в следващите схеми.

Транзисторен усилвател с общ емитер

Транзисторен усилвател с общ емитер

Характеристики на усилвателя с общ излъчвател

  • Усилването на напрежението на усилвател с общ емитер е средно
  • Усилването на мощността е високо в усилвателя с общ емитер
  • Има фазова връзка от 180 градуса на входа и на изхода
  • В общия усилвател на излъчвателя входните и изходните резистори са средни.

Графиката на характеристиките между пристрастието и печалбата е показана по-долу.

Характеристики

Характеристики

Транзисторно напрежение

Vcc (захранващото напрежение) ще определи максималния Ic (колекторния ток), след като транзисторът бъде активиран. Ib (базовият ток) за транзистора може да бъде намерен от Ic (колекторния ток) и усилването на постоянния ток β (бета) на транзистора.

VB = VCC R2 / R1 + R2

Бета стойност

Понякога „β“ се означава като „hFE“, което е усилване на тока на транзистора в рамките на CE конфигурацията. Бета (β) е фиксирано съотношение на двата тока като Ic и Ib, така че не съдържа единици. Така че малка промяна в основния ток ще направи огромна промяна в колекторния ток.

Същият тип транзистори, както и номерът на частите им, ще съдържат огромни промени в техните „β“ стойности. Например, NPN транзисторът като BC107 включва бета стойност (усилване на постоянен ток между 110 - 450 въз основа на листа с данни. Така че един транзистор може да включва стойност 110 бета, докато друг може да включва стойност от 450 бета, но и двата транзистора са Транзисторите NPN BC107, тъй като бета е характеристика на структурата на транзистора, но не и на неговата функция.

Когато преходът на базата или емитера на транзистора е свързан напред, тогава емитерното напрежение ‘Ve’ ще бъде единично кръстовище, където спадът на напрежението е различен от напрежението на базовия терминал. Токът на емитер (т.е.) не е нищо друго освен напрежението в резистора на емитера. Това може да бъде изчислено просто чрез закона на Ом. ‘Ic’ (токът на колектора) може да бъде апроксимиран, тъй като е приблизително сходна стойност на емитерния ток.

Входен и изходен импеданс на усилвателя с общ емитер

Във всеки дизайн на електронна схема нивата на импеданса са един от основните атрибути, които трябва да се имат предвид. Стойността на входния импеданс обикновено е в областта от 1kΩ, докато това може да се различава значително в зависимост от условията, както и от стойностите на веригата. По-малкото входно съпротивление ще произтича от истината, че входът е даден през двата терминала на транзистор-подобна база и емитер, тъй като има преходно пристрастен кръстовище.

Също така, импедансът o / p е сравнително висок, защото отново варира значително в зависимост от стойностите на избраните стойности на избраните електронни компоненти и допустимите нива на ток. Импедансът o / p е минимум 10kΩ, иначе е възможно висок. Но ако текущото източване позволява да се изтеглят високи нива на ток, тогава импедансът o / p ще намалее значително. Нивото на импеданс или съпротивление идва от истината, че изходът се използва от терминала на колектора, тъй като има кръстовище с обратен наклон.

Едностепенен усилвател с общ излъчвател

Едностепенният усилвател с общ излъчвател е показан по-долу, а различни елементи на веригата с техните функции са описани по-долу.

Верига за отклонение

Веригите като пристрастия, както и стабилизация могат да бъдат оформени с съпротивления като R1, R2 & RE

Входящ капацитет (Cin)

Входният капацитет може да бъде означен с „Cin“, който се използва за комбиниране на сигнала към базовия терминал на транзистора.

Ако този капацитет не се използва, тогава съпротивлението на източника на сигнал ще се приближи през резистора „R2“, за да промени отклонението. Този кондензатор ще позволи да се подава само променлив сигнал.

Байпасен кондензатор на емитер (CE)

Свързването на байпасния кондензатор на емитера може да се извърши успоредно на RE, за да се даде лента с ниско съпротивление към усиления променлив сигнал. Ако не се използва, тогава усиленият променлив сигнал ще тече през RE, за да предизвика спад на напрежението върху него, така че напрежението o / p може да бъде изместено.

Съединителен кондензатор (C)

Този свързващ кондензатор се използва главно за комбиниране на усиления сигнал към o / p устройството, така че да позволява просто подаване на променлив сигнал.

Работещи

След като се подаде слаб входен променлив сигнал към базовия извод на транзистора, тогава малко количество базов ток ще достави, поради този транзисторен акт, висок променлив ток. токът ще тече през натоварването на колектора (RC), така че високото напрежение може да се появи в натоварването на колектора, както и на изхода. По този начин се подава слаб сигнал към базовия терминал, който се появява в усилена форма в колекторната верига. Усилването на напрежението на усилвателя като Av е връзката между усилените входни и изходни напрежения.

Честотен обхват и честотна лента

Може да се заключи усилването на напрежението на усилвателя като Av за няколко входни честоти. Характеристиките му могат да се изчертаят по двете оста като честота по оста X, докато усилването на напрежението е по оста Y. Може да се получи графика на честотната характеристика, която е показана в характеристиките. Така че можем да забележим, че коефициентът на усилване на този усилвател може да бъде намален при много високи и ниски честоти, но той остава стабилен в широк диапазон на средната честота.

Честотата fL или ниската граница на прекъсване може да бъде определена, когато честотата е под 1. Честотният диапазон може да бъде определен, при който усилването на усилвателя е двойно усилване на средната честота.

FL (горната граница на прекъсване) може да се дефинира, когато честотата е във високия диапазон, при който коефициентът на усилване на усилвателя е 1 / √2 пъти усилването на средната честота.

Широчината на честотната лента може да бъде дефинирана като интервал на честота между ниско и горно гранични честоти.

BW = fU - fL

Теория на експериментите с общ емитер-усилвател

Основното намерение на този транзисторен усилвател CE NPN е да изследва неговата работа.

Усилвателят CE е една от основните конфигурации на транзисторен усилвател. В този тест обучаемият ще проектира, както и ще изследва основен транзисторен усилвател NPN CE. Да предположим, че обучаемият има известни познания по теорията на транзисторния усилвател като използването на вериги, еквивалентни на променлив ток. Така че обучаемият се изчислява да проектира свой собствен процес за извършване на експеримента в лабораторията, след като преди лабораторният анализ е напълно направен, тогава той може да анализира и обобщи резултатите от експеримента в доклада.

Необходимите компоненти са NPN транзистори - 2N3904 & 2N2222), VBE = 0.7V, Beta = 100, r’e = 25mv / IE при анализа на Pre-lab.

Предлаборатория

Съгласно схемата на схемата, изчислете DC параметрите като Ve, IE, VC, VB & VCE с приблизителна техника. Скицирайте веригата за еквивалент на променлив ток и изчислете Av (усилване на напрежението), Zi (входен импеданс) и Zo (изходен импеданс). Също така скицирайте съставните форми на вълните, предвидими в различни точки като A, B, C, D & E в рамките на веригата. В точка „А“, поемащият Vin харесва 100 mv пик, синусоида с 5 kHz.

За усилвател на напрежение нарисувайте веригата с входен импеданс, източник на напрежение, който зависи както от импеданс o / p

Измерете стойността на входния импеданс като Zi чрез вмъкване на тестови резистор в рамките на серия през входните сигнали към усилвателя и измерете колко сигнал от генератора на променлив ток ще се появи наистина на входа на усилвателя.

За да определите изходния импеданс, извадете за кратко товарния резистор и изчислете ненатовареното AC o / p напрежение. След това върнете товарния резистор, отново измерете променливото напрежение o / p. За да се определи изходният импеданс, тези измервания могат да се използват.

Експериментирайте в лаборатория

Проектирайте веригата по съответния начин и проверете всички по-горе изчисления. Използвайте DC съединител, както и двойна следа на осцилоскопа. След това извадете общия излъчвател за момент и отново измерете напрежението o / p. Оценете резултатите, като използвате изчисленията си преди лабораторията.

Предимства

Предимствата на общия усилвател на емитер включват следното.

  • Усилвателят с общ емитер има нисък входен импеданс и е инвертиращ усилвател
  • Изходният импеданс на този усилвател е висок
  • Този усилвател има най-голямото усилване на мощността, когато се комбинира със средно напрежение и усилване на тока
  • Текущият коефициент на усилване на честотния усилвател емитер е голям

Недостатъци

Недостатъците на общ емитер усилвател включват следното.

  • При високите честоти усилвателят на общия емитер не реагира
  • Усилването на напрежението на този усилвател е нестабилно
  • Изходното съпротивление е много високо при тези усилватели
  • В тези усилватели има висока термична нестабилност
  • Високо изходно съпротивление

Приложения

Приложенията на общ емитер усилвател включват следното.

  • Усилвателите с общ емитер се използват в усилвателите с нискочестотно напрежение.
  • Тези усилватели се използват обикновено в радиочестотните вериги.
  • По принцип усилвателите се използват в усилвателите с ниско ниво на шум
  • Общата емитерна верига е популярна, тъй като е подходяща за усилване на напрежението, особено при ниски честоти.
  • Усилвателите с общ излъчвател се използват и в радиочестотни приемопредавателни вериги.
  • Обща конфигурация на излъчвател, често използвана в усилвателите с ниско ниво на шум.

Тази статия обсъжда работата на усилвателя с общ емитер верига. Четейки горната информация, вие получавате представа за тази концепция. Освен това, всякакви въпроси относно това или ако искате за изпълнение на електрически проекти , моля не се колебайте да коментирате в раздела по-долу. Ето въпроса към вас, каква е функцията на общия емитер усилвател?