BJT Puzzler:普通发射器还是发射器跟随器?

电器工程 电源 放大器 模拟 bjt
2022-01-25 08:29:55

在其他问题的背景下,一些声望很高的成员对此表示不同意,所以我想我会把它作为一个单独的问题发布。

问: 这个电路中的NPN BJT是配置为共发射极还是共集电极?

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请注意,可能不寻常的是,S+节点接地而S-节点是输出。“S”在这里代表意义,但就目前的目的而言,可以解释为Vout.

这是直流台式电源电路的一部分,在块级上看起来像这样。请注意,看起来像运算放大器的符号代表整个放大器,而不是 LF411 运算放大器:

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将运算放大器抽象为信号电压源,我相信这两个都是用于查看电路的交替布局。我特意将它们分别以让人联想到经典共发射极和共集电极(发射极跟随器)的形式排列。

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我不想破坏任何人的乐趣,所以我自己的结论在下面的剧透栏中。用鼠标滚动你的,看看你是否喜欢。这代表了我最好的工作结论。我心里还是有一丝疑惑:)

共发射极,更具体地说,接地发射极。BJT 为电路增加增益,与负载电阻成正比。

答案应说明其结论的理由。我认为像这样的难题的一个很酷的特点是它迫使人们挖掘形式中的本质,而不仅仅是以经典形式识别它:)

4个回答

我不打算回答这个问题,因为我已经通过 OP (scanny) 的一个较早的问题解决了这个问题。可是,变成了这样的烂摊子,没办法。我的意思是,到目前为止,3 个正确答案中有 1 个正确答案?这个电路怎么这么混乱?我们会谈到这一点,但首先是一些历史。

当我第一次看到这个电路时,我写了一篇关于它作为射极跟随器的分析。起初我没有看到地面,因为它巧妙地隐藏在 U1 反相输入参考和Rload. 然后在评论中,斯堪尼建议他认为电路是共发射极。他在说什么?我再次查看了电路,做了一个改变节点电压的心理实验,并思考这意味着什么,一切似乎仍然像一个射极跟随器,所以不。但是scanny对发射器跟随器没有任何意义的行为进行了额外的观察,但对于普通发射器来说却很有意义。因此,我从头开始重新绘制电路以进一步研究。重新绘制电路后,我意识到我正在和一个白痴打交道:我凌晨 1 点。

这是我在重绘时得到的电路的注释版本:

示意图

模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图

将电路重新绘制为小信号交流模型让我重新定位一切,并真正考虑 V.unreg、V.ref 以及所有理由的位置。由此产生的电路显然是一个共发射极。

在电路中实现的重要意义:

  • 真正的参考是 S+ 或接地。
  • V.unreg 差分为 45V,但共模随 Q1-c 浮动。
  • V.unreg 和 V.ref 都充当偏移电压。

如果你比较两端电压的变化Rload当 U1 输出在这个电路中被调制时,对于原始电路,你会看到两个电路做同样的事情。


但是,为什么这个电路如此混乱?

虽然原始原理图绘制得很好,但 Q1 的方向和 V.unreg 的相对位置和Rload非常像人们期望的射极跟随器功率级。在这样的应用程序中也需要发射器跟随器拓扑(通常,因为公共发射器有更多的稳定性问题)。

这是一种框架。人们习惯性地加载弹簧,首先看到发射极跟随器。一旦以这种方式看待,就会否认其他观点。

在这里,让我们以另一种不同但等效的方式重新绘制电路。

示意图

模拟这个电路

很明显,一切都以 S+ 为参考,V.unreg 浮动,S- 处的电压通过改变 V.unreg 的共模电压由 Q1-c 调制。

运算放大器电源是否以 S+ 为参考?如果是这样,BJT 就像您在共发射极配置中所说的那样,您将无法稳定反馈回路。

这是重新绘制的电路的相关部分: -

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集电极上相对于 S- 有 45V。

发射极电压的作用与运算放大器输出的作用相同(低-0.7 伏),即它是控制元件,它是射极跟随器。

如果我以 S+ 为输出而 S- 被称为“地”来绘制电路,那么有人会不同意这是一个常见的收集器:-

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我在此转换中犯了错误吗?我的模拟(使用 V4)作为刺激给了我对普通收集器的预期结果,但不幸的是,如果我只交换接地和 Vout 标签,我的模拟器会给出愚蠢的结果,所以这很烦人。

以下是根据上述电路的结果:-

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从 DC 到 100kHz 以上的增益为 12.146 dB,3dB 点为 1.246 MHz,在此频率下相位角为 -71 度。我在这里错过了什么吗?我是否也很愚蠢(并非闻所未闻)?

如果我像这样连接两个 7805:-

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它会使底部的7805不稳定吗?这是一个完全有效的电路连接,在 Fairchild 数据表中的图 17 中显示了一个类似的示例:-

在此处输入图像描述

有很多好的工作表明它是一种常见的发射器,所以我开始觉得我可能在这里错过了一些东西?

如果你画出正确的 AC 等效值并去掉大部分偏置,CC 和 CE 放大器看起来几乎相同。(请记住,理想情况下没有电流流过信号源!)

示意图

模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图

示意图

模拟这个电路

但当然,它们并不相同。直流偏置也很重要!请记住,在线性区域中,VC>VE. 仅 AC 型号并不能保证这一点。查看 DC+AC 电流的方向可以清楚地看出区别:

示意图

模拟这个电路

示意图

模拟这个电路

所以这里是如何区分的。如果负载电流集电极节点流向发射节点,则为共发射极。如果负载电流发射极节点流向集电极节点,则为公共集电极。我认为这条规则一直适用于直流耦合输出。对于交流耦合输出,它工作在峰值集电极/发射极电压。

无论您如何绘制它,您的发射器都直接连接到输出的高端。这使它成为一个共集电极放大器(发射极跟随器)。

编辑:我要模拟这个:

示意图

模拟这个电路

我不知道,伙计们,这在我看来非常像一个 CC 线性稳压器。参考电压的产生很奇怪,但我看不出这会如何改变基本拓扑。输入端有一个较高的未稳压电压,输出端有一个较低的稳压电压,中间有一个 NPN 晶体管。S-是输入输出共用的公共节点,电流从S+流向S-。负反馈来自 S+。除了射极跟随器之外,这怎么可能是什么?

也许我错过了一些东西。我将用直流电压源 (Vctrl) 代替运算放​​大器电路再试一次。现在的问题是使用什么作为源地?我先试试 S-:

示意图

模拟这个电路

Vb 的直流扫描 - VS-

我从 0V - 47V 扫描 Vctrl,并看到了我期望的射极跟随器的行为。现在我将尝试引用 S+ 的源代码:

示意图

模拟这个电路

Vb 的直流扫描 - VS+

现在,从 0V - 1V 扫描 Vctrl 可以让我获得很多输出增益。我想如果你交换输出极性,你可以称它为反相,所以我想我明白你为什么称它为 CE。主要区别似乎是在第一种情况下我正在控制VBE+VO,在第二种情况下,我只控制VBE.

如果我认为我正在控制VBE与集电极上的负载相比,它开始听起来更像是一个跨导放大器,而不是任何通常的电压放大器拓扑。我想这就是您对裸晶体管电路的期望。但是输出电压是恒定的...

我错过了一些东西,但我不确定它是什么。