Zajednički emiter

Slika 1: Osnovno NPN kolo zajedničkog emitera (zanemarujući detalje o polarizaciji )

U elektronici, pojačalo sa zajedničkim emiterom je jedno od tri osnovne topologije jednostepenog bipolarnog tranzistora , koji se obično koristi kao pojačavač napona . Nudi veliko pojačanje struje (obično 200), srednji ulazni otpor i visok izlazni otpor. Izlaz pojačavača zajedničkog emitera je invertovan; tj. za ulazni signal sinusnog talasa, izlazni signal je van faze za 180 stepeni u odnosu na ulaz.

U ovom kolu, bazni terminal tranzistora služi kao ulaz, kolektor je izlaz, a emiter je zajednički za oba (na primer, može biti vezan za referentnu masu ili sa izvorom napajanja), otuda i njegovo ime. Analogno FET kolo je pojačalo sa zajedničkim izvorom, a analogno cevno kolo je pojačalo sa zajedničkom katodom .

Degeneracija emitera

Slika 2: Dodavanje otpornika emitera smanjuje pojačanje, ali povećava linearnost i stabilnost

Pojačala sa zajedničkim emiterom daju pojačalu obrnuti izlaz i mogu imati veoma veliko pojačanje koje može uveliko varirati od jednog tranzistora do drugog. Pojačanje je jaka funkcija i temperature i struje pristrasnosti, tako da je stvarno pojačanje donekle nepredvidivo. Stabilnost je još jedan problem povezan sa takvim kolima sa visokim pojačanjem zbog bilo kakve nenamerne pozitivne povratne informacije koja može biti prisutna.

Drugi problemi povezani sa kolom su nizak ulazni dinamički opseg nametnut ograničenjem malog signala ; postoji veliko izobličenje ako se ova granica prekorači i tranzistor prestane da se ponaša kao njegov model malog signala. Jedan uobičajeni način za ublažavanje ovih problema je degeneracija emitera . Ovo se odnosi na dodavanje malog otpornika između emitera i zajedničkog izvora signala (npr. referentna masa ili šina za napajanje ). Ova impedansa $R_{\text{E}}$ smanjuje ukupnu transkonduktivnost $G_{m}=g_{m}$ kola za faktor od $g_{m}R_{\text{E}}+1$, što čini pojačanje napona

$A_{\text{v}}\triangleq {\frac {v_{\text{out}}}{v_{\text{in}}}}={\frac {-g_{m}R_{\text{C}}}{g_{m}R_{\text{E}}+1}}\approx -{\frac {R_{\text{C}}}{R_{\text{E}}}},$

gde $g_{m}R_{\text{E}}\gg 1$ .

Pojačanje napona zavisi skoro isključivo od odnosa otpornika $R_{\text{C}}/R_{\text{E}}$ i nepredvidive karakteristike tranzistora. Na taj način se poboljšavaju karakteristike izobličenja i stabilnosti kola na račun smanjenja pojačanja.

(Iako se ovo često opisuje kao „ negativna povratna sprega “, pošto smanjuje pojačanje, podiže ulaznu impedansu i smanjuje izobličenje, ono prethodi pronalasku pojačivača negativne povratne sprege i ne smanjuje izlaznu impedansu niti povećava propusni opseg, kao pravi pojačavač sa negativnom povratnom spregom bi uradio.)

Karakteristike

Na niskim frekvencijama i korišćenjem pojednostavljenog hibridnog pi modela, mogu se izvesti sledeće karakteristike malog signala.

	Definicija	Izraz
		Sa emiterom degeneracija	Bez emitera degeneracija; tj. $R_{\text{E}}\,$ = 0
Pojačanje struje	$A_{\text{i}}\triangleq {\frac {i_{\text{out}}}{i_{\text{in}}}}\,$	$\beta \,$	$\beta$
Pojačanje napona	$A_{\text{v}}\triangleq {\frac {v_{\text{out}}}{v_{\text{in}}}}\,$	$-{\frac {\beta R_{\text{C}}}{r_{\pi }+(\beta +1)R_{\text{E}}}}\,$	$-g_{m}R_{\text{C}}$
Ulazna impedansa	$r_{\text{in}}\triangleq {\frac {v_{\text{in}}}{i_{\text{in}}}}\,$	$r_{\pi }+(\beta +1)R_{\text{E}}\,$	$r_{\pi }$
Izlazna impedansa	$r_{\text{out}}\triangleq {\frac {v_{\text{out}}}{i_{\text{out}}}}\,$	$R_{\text{C}}\,$	$R_{\text{C}}$

Ako otpornik degeneracije emitera nije prisutan, onda $R_{\text{E}}=0\,\Omega$, a izrazi se efektivno pojednostavljuju na one date u krajnjoj desnoj koloni (imajte na umu da je pojačanje napona idealna vrednost; stvarno pojačanje je donekle nepredvidivo). Očekivano, kada $R_{\text{E}}\,$ se povećava, povećava se ulazna impedansa i pojačanje napona $A_{\text{v}}\,$ smanjeno je.

Propusni opseg

Propusni opseg pojačala sa zajedničkim emiterom ima tendenciju da bude nizak zbog visoke kapacitivnosti koja je rezultat Milerovog efekta . Parazitska kapacitivnost baza-kolektor $C_{\text{CB}}\,$ izgleda kao veći parazitski kondenzator $C_{\text{CB}}(1-A_{\text{v}})\,$ (gde $A_{\text{v}}\,$ je negativan) od baze do zemlje . Ovaj veliki kondenzator u velikoj meri smanjuje propusni opseg pojačala jer čini vremensku konstantu parazitnog ulaznog RC filtera $r_{\text{s}}(1-A_{\text{V}})C_{\text{CB}}\,$ gde $r_{\text{s}}\,$ je izlazna impedansa izvora signala spojenog na idealnu bazu.

Problem se može ublažiti na nekoliko načina, uključujući:

• Smanjenje veličine pojačanja napona $\left|A_{\text{v}}\right|\,$ (npr. korišćenjem degeneracije emitera).
• Smanjenje izlazne impedanse $r_{\text{s}}\,$ izvora signala povezanog sa bazom (npr. korišćenjem emitera ili nekog drugog pratioca napona ).
• Koristeći kaskodnu konfiguraciju, koja umeće bafer struje niske ulazne impedanse (npr. zajednički bazni pojačavač) između kolektora tranzistora i opterećenja. Ova konfiguracija drži napon kolektora tranzistora otprilike konstantnim, čime se pojačanje od baze do kolektora čini nula i stoga (idealno) uklanja Milerov efekat.
• Korišćenje topologije diferencijalnog pojačala kao što je emiterski sledbenik koji pokreće pojačalo sa uzemljenom bazom; sve dok je emiterski sledbenik zaista pojačalo sa zajedničkim kolektorom, Milerov efekat se uklanja.

Milerov efekat negativno utiče na performanse pojačala sa zajedničkim izvorom na isti način (i ima slična rešenja). Kada se naizmenični signal primeni na tranzistorski pojačavač, on uzrokuje da osnovni napon VB fluktuira u vrednosti na AC signalu. Pozitivna polovina primenjenog signala će izazvati povećanje vrednosti VB, ovaj obrt će povećati struju baze IB i izazvati odgovarajuće povećanje struje emitera IE i struje kolektora IC. Kao rezultat toga, napon emitera kolektora će biti smanjen zbog povećanja pada napona na RL. Negativna alternacija AC signala će izazvati smanjenje IB-a, ova akcija zatim uzrokuje odgovarajuće smanjenje IE kroz RL.

Takođe se naziva pojačavačem sa zajedničkim emiterom zato što je emiter tranzistora zajednički za oba kola ulazno i izlazno. Ulazni signal se primenjuje između uzemljenja i baze tranzistora. Izlazni signal se pojavljuje između mase i kolektora tranzistora. Pošto je emiter povezan sa zemljom, zajednički je za signale, kako ulazne, tako i izlazne.

Kolo sa zajedničkim emiterom je najčešće korišćeno od pojačivača sa bipolarnim tranzistorima. U poređenju sa zajedničkom bazom, ima veću ulaznu i nižu izlaznu impedansu. Jednostruko napajanje se lako koristi za polarizaciju. Takođe, obično se postižu veća naponska i snaga pojačanja pri radu u zajedničkom emiteru.

Pojačanje struje u zajedničkom emiteru se dobija struja baze i kolektora. Zato što vrlo mala promena bazne struje izaziva veliku promenu kolektorske struje, pojačanje struje (β) je uvek veće od jedinice za zajedničko emitersko kolo, a tipična vrednost je oko 50.

Aplikacije

Pojačavač napona niske frekvencije

Tipičan primer upotrebe pojačavača sa zajedničkim emiterom prikazan je na slici 3.

Slika 3: Jednostruko npn pojačalo sa zajedničkim emiterom sa degeneracijom emitera. Kolo spregnuto naizmeničnom strujom deluje kao pojačalo za pomeranje nivoa. Ovde se pretpostavlja da je pad napona baza-emiter 0,65 volti.

Ulazni kondenzator C uklanja bilo koju jednosmernu komponentu ulaza, a otpornici R₁ i R₂ pokreću tranzistor tako da će ostati u aktivnom režimu za ceo opseg ulaza. Izlaz je obrnuta kopija naizmenične komponente ulaza koja je pojačana odnosom R_C / R_E i pomerena za iznos koji određuju sva četiri otpornika. Pošto je R_C često veliki, izlazna impedansa ovog kola može biti previsoka. Da bi se ublažio ovaj problem, R_C se drži što je moguće niže _, a pojačalo je praćeno baferom napona poput emitera .

Radio

Pojačala sa zajedničkim emiterom se takođe koriste u radio-frekventnim kolima, na primer za pojačavanje slabih signala koje prima antena. U ovom slučaju uobičajeno je zameniti otpornik opterećenja podešenim kolom. Ovo se može uraditi da bi se propusni opseg ograničio na uski opseg usredsređen oko predviđene radne frekvencije. Što je još važnije, to takođe omogućava kolu da radi na višim frekvencijama jer se podešeno kolo može koristiti za rezoniranje bilo kakvih međuelektrodnih i lutajućih kapacitivnosti, koje normalno ograničavaju frekvencijski odziv. Zajednički emiteri se takođe obično koriste kao pojačala sa niskim nivoom šuma .

Audio

Pojačala sa zajedničkim emiterom se takođe koriste za audio pojačala. Na primer, u njemu je predstavljena uradi sam ili hobistička primena pojačala sa zajedničkim emiterom.

Vidi još

• Zajednička baza
• Zajednički kolektor