BJT Puzzler: общий эмиттер или последователь эмиттера?

9

Несколько высокопоставленных членов не согласились с этим в контексте других вопросов, поэтому я подумал, что опубликую это как отдельный вопрос.

Вопрос: настроен ли NPN BJT в этой цепи как общий эмиттер или общий коллектор?

введите описание изображения здесь

Обратите внимание, что, возможно, необычно, узел S + заземлен, а узел S - это выход. «S» здесь обозначает смысл, но для настоящих целей может интерпретироваться как .ВоUT

Это является частью схемы источника постоянного тока и выглядит так на уровне блоков. Обратите внимание, что символ, выглядящий как операционный усилитель, представляет весь усилитель, а не конкретный операционный усилитель LF411:

введите описание изображения здесь

Абстрагируя операционный усилитель от источника напряжения сигнала, я полагаю, что каждый из этих двух вариантов является альтернативным для просмотра схемы. Я специально выложил их в формах, напоминающих классический общий эмиттер и общий коллектор (следящий за эмиттером) соответственно.

введите описание изображения здесь

Я не хочу никому портить веселье, так что мой собственный вывод в спойлере ниже. Прокрутите мышкой, чтобы увидеть, нравится ли вам. Это мой лучший рабочий вывод. У меня все еще есть сомнения в моей голове :)

Общий излучатель, точнее заземленный излучатель. BJT добавляет усиление в цепь, пропорциональное сопротивлению нагрузки.

Ответы должны содержать обоснование для их заключения. Я думаю, что одна из замечательных особенностей головоломок, подобных этой, заключается в том, что она заставляет копать то, что важно в форме, а не просто распознавать ее в классической форме :)

scanny
источник
1
о, вопрос с подвохом!
gsills
Я пытаюсь выяснить, кто считал, что это хорошая схема для источника питания ... правда, ни один конец вашего источника 45 В не связан с фиксированным напряжением? Это похоже на рецепт проблем.
alex.forencich
@ alex.forencich - по сути, это точная схема (без компонентов компенсации) для Agilent E3610A, который у меня есть. Они используют дарлингтон, и там есть транзистор с драйвером PNP, но профиль усиления, по сути, тот же, просто сдвинут на несколько дБ из-за дарлингтона (2N6056). По моему опыту довольно часто иметь плавающий выход на настольном источнике постоянного тока, и V.unreg ссылается на S-. Это то, что вы получили?
сканы
1
Это хороший вопрос. И то, как идут дела, выглядит как один из лучших вопросов здесь за последнее время.
Gsills
1
@scanny на сегодняшний день имеет лучшие отформатированные вопросы. Отлично сработано.
efox29

Ответы:

4

Я не собирался отвечать на этот вопрос, так как я уже прошел через него с более ранним вопросом от OP (scanny). Но это превратилось в такой беспорядок, ничего не поделаешь. Я имею в виду, 1 правильный ответ из 3 до сих пор? Как эта схема так запутанно? Мы вернемся к этому, но сначала немного истории.

Когда я впервые увидел эту схему, я написал ее анализ в качестве последователя излучателя. Сначала я не видел землю, так как она была ловко скрыта на виду между инвертируемой входной опорой U1 ирнагрузка, Затем в комментарии Сканни предположил, что он считает, что схема является общим эмиттером. О чем он говорит? Я снова посмотрел на схему и провел мысленный эксперимент, меняя напряжение узлов и думая о том, что это должно значить, и все, казалось, все еще действовало как последователь эмиттера, так что нет. Но у Сканни были дополнительные наблюдения о поведении, которое не имело смысла для последователя эмиттера, но имело большой смысл для обычного эмитента. Итак, я перерисовал схему с нуля, чтобы разобраться во всем. Перерисовав схему, я понял, что имею дело с идиотом: я в час ночи.

Вот аннотированная версия схемы, которую я получил при перерисовке:

схематический

смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab

Перерисовка схемы в виде модели переменного тока с малым сигналом заставила меня переориентировать все, и действительно задуматься о V.unreg, V.ref и о том, где были все основания. Результирующий контур явно является общим эмиттером.

Важно реализовать в схеме:

  • Реальная ссылка - S + или земля.
  • V.unreg дифференциально 45 В, но обычный режим плавает с Q1-c.
  • Оба V.unreg и V.ref действуют как смещенные напряжения.

Если вы сравните изменение напряжения на наблюдаемое при модуляции выхода U1 в этой цепи, с оригинальной схемой, вы увидите, что две цепи делают одно и то же.рнагрузка


Но почему эта схема была настолько запутанной?

Хотя исходная схема хорошо прорисована, ориентация Q1 и относительное размещение V.unreg и очень похожи на то, что можно ожидать для каскада повторителя эмиттера. Топология следователя излучателя также ожидается в таком приложении (как правило, поскольку общий излучатель имеет гораздо больше проблем со стабильностью).рнагрузка

Это своего рода кадрирование. Люди, привыкшие к этому, получают весну, чтобы сначала увидеть последователя излучателя. Однажды увиденное таким образом, есть отрицание других точек зрения.

Здесь, давайте перерисоваем схему другим, но эквивалентным способом.

схематический

смоделировать эту схему

Довольно ясно, что все относится к S +, V.unreg плавает, и напряжение на S- модулируется Q1-c посредством изменения синфазного напряжения V.unreg.

gsills
источник
2
Я только что удалил свой ответ. Все они были «обычным последователем коллектора / эмиттера» по тем же причинам, о которых вы упомянули во втором абзаце (за исключением того, что я не был идиотом в 1 час ночи, но в идиоте торопился с слишком простым (?!) Ответом в кофе перерыв после раздражающей встречи. Однако, если бы я сделал свой анализ слабых сигналов, как я должен был, я бы в конечном итоге нашел именно то решение, которое вы упомянули. Спасибо, что нашли время перерисовать схемы и указать на незначительность Источник 45 В в модели переменного тока (малый сигнал)
zebonaut
Я думаю о том, что вы говорите, и я вернусь !!!
Энди ака
1
@zebonaut, я думаю, что большинство, по крайней мере, несколько предвзято видят схемы, которые напоминают это как последователи эмиттера, легко обмануть себя. Плавание источника 45 В было очень тонким. Интересная схема.
Gsills
4

Источник питания операционного усилителя относится к S +? Если это так, BJT, как вы говорите, в общей конфигурации излучателя, и у вас будут проблемы со стабилизацией контура обратной связи.

Кевин Уайт
источник
Да, источник питания операционного усилителя (12+ и 12- на схеме) относится к S +. Я удалил все компоненты компенсации, чтобы сосредоточиться на конфигурации усилителя BJT, но да, это проблема компенсации. Меня удивляет, почему профессиональные дизайнеры источников питания постоянного тока выбирают эту схему :)
scanny
2
Они «запустили» источник питания операционного усилителя, чтобы диапазон напряжения на выходе схемы в целом мог быть намного больше, чем тот, который операционный усилитель мог бы обрабатывать напрямую.
Дэйв Твид
Скажите, Кевин, не могли бы вы немного рассказать о своих рассуждениях? Похоже, что мы до сих пор не все так видим, так что надеемся, что вы поможете нам последовать вашему выводу :)
сканни
4

Вот соответствующая часть схемы перерисована:

введите описание изображения здесь

На коллекторе 45 В относительно S-.

Напряжение эмиттера выполняет то же, что и выход операционного усилителя (на -0,7 В ниже), то есть это элемент управления и повторитель эмиттера.

Если бы я нарисовал схему с S +, являющимся выходом, а S-, называемым «земля», то кто-нибудь не согласится, что это общий коллектор:

введите описание изображения здесь

Я сделал ошибку в этом преобразовании? Моя симуляция (с использованием V4) в качестве стимула дает мне результаты, которые я ожидал бы для обычного коллектора, но, к сожалению, мой симулятор дает ненормальные результаты, если я ТОЛЬКО меняю землю и метки Vout, так что это раздражает.

Вот результаты по схеме выше: -

введите описание изображения здесь

Усиление составляет 12,146 дБ от постоянного тока до более 100 кГц, точка 3 дБ - 1,246 МГц, а фазовый угол составляет -71 градуса на этой частоте. Я что-то здесь упускаю? Я тоже тупой (не неслыханный)?

Если бы я подключил два 7805, как это: -

введите описание изображения здесь

Это делает дно 7805 нестабильным? Это совершенно правильное подключение цепи, и на рис. 17 в техническом описании Fairchild показан аналогичный пример:

введите описание изображения здесь

Есть много хорошей работы, предполагающей, что это обычный излучатель, поэтому я начинаю чувствовать, что, возможно, что-то здесь упустил?

Энди ака
источник
1
Но так как источник питания операционного усилителя привязан к S +, его выходное напряжение изменяется на несколько мВ в любом случае от 0,7 В, что достаточно для обеспечения тока, требуемого точкой суммирования дискретизации (неинвертирующий вход); (который будет зависать очень близко к 0 В для всего, что может иметь значение). А так как выходной сигнал S-, вы получите примерно 30 В для изменения 0,3 В для усиления порядка 100. Я что-то упустил?
сканни
2
@ И ваша ошибка, кажется, заключается в том, что вы все время обращаете внимание на то, что U1 ссылается на S +. Поэтому он управляет Q1-b относительно Q1-e. Эмитент никуда не следует.
Gsills
2
Я имею в виду, что, поскольку операционный усилитель привязан к земле, а также к эмиттеру, он будет управлять базой относительно эмиттера. После достижения активной области очень небольшие измененияВб может вызвать большие изменения в Вс, но Вене изменится. Излучатель на самом деле не следует за базой.
Gsills
1
@ Andy, есть 2 ключевых и тонких понятия, которые делают исходную схему (OC) рассматриваемым общим эмиттером (CE): V.unreg плавает свободно, а Q1-b управляется относительно Q1-e U1, так как U1-inv использует Q1-e и S + в качестве эталона. Любая схема, на которой V.unreg напрямую связан с заземлением или эталоном, не будет эквивалентна OC и, следовательно, не имеет отношения к данному вопросу. Может ли следящий за эмиттером (EF) использоваться в регуляторе вместо OC? Конечно, но это была бы другая схема.
Gsills
1
Схема, которую вы добавили с S + в качестве выхода и S- в качестве заземления, имеет эмиттерный повторитель в качестве силового каскада. Но не эквивалентно OC. Здесь обратная связь для OpAmp от Q1-e до X1-inv, как вы ожидаете от EF. Но ссылка на X1-noninv противоречива, связана как с землей, так и с Vout. Таким образом, регулятор является самомодулирующим, и эталон не стабилен. Результаты моделирования из этой схемы не следует доверять.
Gsills
0

Если вы правильно рисуете переменные переменного тока и не учитываете большую часть смещения, усилители CC и CE выглядят почти одинаково. (Помните, в идеале не ток протекает через источник сигнала!)

схематический

смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab

схематический

смоделировать эту схему

Но, конечно, они не идентичны. Смещение постоянного тока тоже имеет значение! Помните, что в линейной области,ВС>ВЕ, Только модель переменного тока не гарантирует этого. Глядя на направление потока постоянного и переменного тока, вы сможете понять разницу:

схематический

смоделировать эту схему

схематический

смоделировать эту схему

Так вот, как определить разницу. Если ток нагрузки течет от узла коллектора к узлу эмиттера, это общий эмиттер. Если ток нагрузки протекает от узла эмиттера к узлу коллектора, это общий коллектор. Я думаю, что это правило работает все время для DC-связанных выходов. Для выходов с переменным напряжением он работает при пиковом напряжении коллектора / эмиттера.

Независимо от того, как вы рисуете, ваш эмиттер подключен непосредственно к верхней стороне выхода. Это делает его усилителем с общим коллектором (эмиттерным повторителем).

РЕДАКТИРОВАТЬ: Я собираюсь смоделировать это:

схематический

смоделировать эту схему

Ребята, я не знаю, это выглядит очень похоже на линейный регулятор CC. Генерации опорного напряжения странно, но я не вижу, как это изменяет базовую топологию. Существует высокое нерегулируемое напряжение на входе, более низкое регулируемое напряжение на выходе и транзистор NPN между ними. S- это общий узел, который разделяется между входом и выходом, и ток течет от S + к S-. Отрицательный отзыв взят из S +. Как это может быть что-то кроме последователя эмиттера?

Может быть, я что-то упустил. Я попробую это снова с заменой схемы операционного усилителя на источник постоянного напряжения (Vctrl). Вопрос сейчас в том, что использовать в качестве источника земли? Я попробую S- сначала:

схематический

смоделировать эту схему

DC развертка Vb - VS-

Я поднял Vctrl с 0 В - 47 В и увидел поведение, которое я ожидал от последователя эмиттера. Теперь я попробую ссылаться на источник на S +:

схематический

смоделировать эту схему

DC sweep Vb - VS +

Широкий Vctrl от 0V до 1V теперь дает мне большую выгоду на выходе. Я полагаю, что вы можете назвать это инвертированием, если поменяете полярность на выходе, поэтому я понимаю, почему вы назвали это CE. Основное различие заключается в том, что в первом случае я контролируюВВЕ+ВО, а во втором случае я только контролирую ВВЕ,

Если я возьму мнение, что я контролирую ВВЕс нагрузкой на коллектор, то он начинает звучать больше как усилитель трансдуктивности, чем любая из обычных топологий усилителя напряжения. Я думаю, это то, что вы ожидаете от пустой транзисторной схемы. Но выходное напряжение постоянное ...

Я что-то упустил, но я не уверен, что это такое.

Адам Хаун
источник
2
Есть 45 В, чтобы держать Вс > Ве, Но вы говорите, что это последователь эмиттера, который инвертирует? Поскольку переменный ток мудрый, он инвертирует, как обычный излучатель.
Gsills
1
Я обновил свой ответ. Может быть, вы можете помочь устранить мою путаницу.
Адам Хаун
1
Хех, хорошо глядя на упрощенные схемы, с Vctrl, подключенным к S + в первую очередь. Это выглядит для меня как ситуация. ЕслиВб немного увеличивается, Всмного падает Есть инверсия, и, должно быть, происходит умножение Миллера. Просто кажется, что на практике это будет CE. Где Vctrl подключен к S-, я согласен, будет подписчиком эмитента. Потому что Vctrl не связан с эмиттером, но изолированрL, Я бы сказал, что в этом случае наличие наземного символа там, где оно находится, является фальшивым. Я думаю, что все сводится к тому, на что ссылается vcrtl.
Gsills
1
Что касается каскада питания, когда vcrtl подключен к S +, можно поменять местами рL а также ВUNREGи основная функция Q1 не затронута. Но это не работает вообще в схеме с vctrl, подключенным к S-.
Gsills