BJT Puzzler: Emitor Umum atau Pengikut Emitor?

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?

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 sebagai$V_{out}$.

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:

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).

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 :)

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 dan$R_{\text{load}}$. 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:

^{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 $R_{\text{load}}$ 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 $R_{\text{load}}$sangat 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.

^{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.

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.

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

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: -

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: -

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: -

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: -

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

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!)

^{mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab}

^{mensimulasikan rangkaian ini}

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

^{mensimulasikan rangkaian ini}

^{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:

^{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:

^{mensimulasikan rangkaian ini}

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

^{mensimulasikan rangkaian ini}

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 mengendalikan$V_{BE} + V_O$, dan dalam kasus kedua saya hanya mengendalikan $V_{BE}$.

Jika saya mengambil pandangan bahwa saya mengendalikan $V_{BE}$dengan 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.