Vanlig sändare

Figur 1: Grundläggande NPN gemensam sändarkrets (som försummar förspänningsdetaljer )

Inom elektronik är en gemensam emitterförstärkare en av tre grundläggande single-stage bipolar-junction-transistor (BJT) förstärkartopologier, som vanligtvis används som en spänningsförstärkare . Den erbjuder hög strömförstärkning (vanligtvis 200), medelstor ingångsresistans och hög utgångsresistans. Utsignalen från en gemensam emitterförstärkare är 180 grader ur fas till ingångssignalen.

I denna krets fungerar transistorns basterminal som ingång, kollektorn är utgången och emittern är gemensam för båda (till exempel kan den vara bunden till jordreferens eller en strömförsörjningsskena ), därav dess namn. Den analoga FET- kretsen är den gemensamma källans förstärkare och den analoga rörkretsen är den gemensamma katodförstärkaren .

Emitter degeneration

Figur 2: Att lägga till ett emittermotstånd minskar förstärkningen, men ökar linjäriteten och stabiliteten

Common-emitter-förstärkare ger förstärkaren en inverterad utgång och kan ha en mycket hög förstärkning som kan variera kraftigt från en transistor till en annan. Förstärkningen är en stark funktion av både temperatur och förspänningsström, och därför är den faktiska förstärkningen något oförutsägbar. Stabilitet är ett annat problem som är förknippat med sådana högförstärkningskretsar på grund av eventuell oavsiktlig positiv återkoppling som kan finnas.

Andra problem förknippade med kretsen är det låga ingångsdynamiska intervallet som åläggs av gränsen för liten signal ; det blir hög distorsion om denna gräns överskrids och transistorn slutar att bete sig som sin småsignalmodell. Ett vanligt sätt att lindra dessa problem är med emitterdegeneration . Detta avser tillägget av ett litet motstånd mellan sändaren och den gemensamma signalkällan (t.ex. jordreferens eller en strömförsörjningsskena ). Denna impedans $R_{\text{E}}$ minskar den totala transkonduktansen $G_{m}=g_{m}$ för kretsen med en faktor ${\displaystyle g_{m}R_{\text{E}}+1} ,$ vilket gör att spänningen ökar

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

där $g_{m}R_{\text{E}}\gg 1$ .

Spänningsförstärkningen beror nästan uteslutande på förhållandet mellan motstånden $R_{\text{C}}/R_{\text{E}}$ snarare än transistorns inneboende och oförutsägbara egenskaper. Distorsions- och stabilitetsegenskaperna hos kretsen förbättras således på bekostnad av en minskning av förstärkningen .

(Även om detta ofta beskrivs som " negativ återkoppling ", eftersom det minskar förstärkningen, höjer ingångsimpedansen och minskar distorsion, går det före uppfinningen av negativ återkoppling och minskar inte utimpedansen eller ökar bandbredden, som sann negativ återkoppling skulle göra.)

Egenskaper

Vid låga frekvenser och med en förenklad hybrid-pi-modell kan följande småsignalegenskaper härledas.

	Definition	Uttryck
		Med emitterdegeneration	Utan emitterdegeneration; dvs R E = 0
Nuvarande vinst	$\displaystyle A_{\text{i}}\triangleq {\frac {i_{\text{out}}}{i_{\text{in}}}}\,}$	$\beta \,$	$\beta$
Spänningsförstärkning	$A_{\text{v}}\triangleq {\frac {v_{\text{out}}}{v_{\text{in}}}}\,$	$-{\frac {\beta R_{\text{C}}}{r_{\pi }+(\beta +1)R_{\text {E}}}}\,$	$-g_{m}R_{\text{C}}$
Ingångsimpedans	$r_{\text{i}}\triangleq {\frac {v_{\text{i}}}{i_{\text{i}}}}\,$	$r_{\pi }+(\beta +1)R_{\text{E}}\,$	$r_{\pi }$
Utgångsimpedans	$r_{\text{out}}\triangleq {\frac {v_{\text{out}}}{i_{\text{out}}}}\,$	$R_{\text{C}}\,$	$R_{\text{C}}$

Om emitterdegenerationsmotståndet inte finns, då ${\displaystyle R_{\text{E}}=0\,\Omega } ,$ och uttrycken förenklas effektivt till de som ges av kolumnen längst till höger (observera att spänningsförstärkning är ett idealiskt värde; den faktiska förstärkningen är något oförutsägbar). Som förväntat, när $R_{\text{E}}\,$ ökas, ökar ingångsimpedansen och spänningsförstärkningen $A_{\text{v}}\,$ minskas .

Bandbredd

Bandbredden för den gemensamma emitterförstärkaren tenderar att vara låg på grund av hög kapacitans som ett resultat av Miller-effekten . Den parasitiska baskollektorkapacitansen $C_{\text{CB}}\,$ ser ut som en större parasitisk kondensator $C_{\text{CB}}(1- A_{\text{v}})\,$ (där $A_{\text{v}}\,$ är negativ) från basen till marken . Denna stora kondensator minskar avsevärt förstärkarens bandbredd eftersom den gör tidskonstanten $s}}(1-A_{\text {V}})C_{\text{CB}}\,}$ ) C CB där $r_{\text{s}}\,$ är utgångsimpedansen för signalkällan ansluten till den ideala basen.

Problemet kan mildras på flera sätt, inklusive:

• Minskning av spänningsförstärkningens storlek $\left|A_{\text{v}}\right|\,$ (t.ex. genom att använda emitterdegeneration).
• Minskning av utgångsimpedansen $r_{\text{s}}\,$ för signalkällan ansluten till basen (t.ex. genom att använda en emitterföljare eller någon annan spänningsföljare ).
• Använder en kaskodkonfiguration , som sätter in en strömbuffert med låg ingångsimpedans (t.ex. en gemensam basförstärkare ) mellan transistorns kollektor och lasten. Denna konfiguration håller transistorns kollektorspänning ungefär konstant, vilket gör att basen till kollektorförstärkningen är noll och därmed (helst) tar bort Miller-effekten.
• Använda en differentialförstärkartopologi som en emitterföljare som driver en jordad basförstärkare ; så länge som emitterföljaren verkligen är en gemensam kollektorförstärkare tas Miller-effekten bort.

Miller -effekten påverkar den gemensamma källförstärkarens prestanda negativt på samma sätt (och har liknande lösningar). När en AC-signal tillförs transistorförstärkaren får den basspänningen VB att fluktuera i värde vid AC-signalen. Den positiva halvan av den applicerade signalen kommer att orsaka en ökning av värdet på VB. Detta varv kommer att öka basströmmen IB och orsaka en motsvarande ökning av emitterströmmen IE och kollektorströmmen IC. Som ett resultat kommer kollektoremitterspänningen att reduceras på grund av det ökande spänningsfallet över RL. Den negativa växlingen av en AC-signal kommer att orsaka en minskning av IB denna åtgärd orsakar sedan en motsvarande minskning av IE till RL.

Den kallas också för gemensam emitterförstärkare eftersom transistorns emitter är gemensam för både ingångskretsen och utgångskretsen. Insignalen appliceras över marken och transistorns baskrets. Utsignalen visas över jord och transistorns kollektor. Eftersom sändaren är ansluten till jord är det vanligt med signaler, ingång och utgång.

Den gemensamma emitterkretsen är den mest använda av kopplingstransistorförstärkare. Jämfört med common-base-anslutningen har den högre ingångsimpedans och lägre utgångsimpedans. En enda strömförsörjning är lätt att använda för förspänning. Dessutom erhålls vanligtvis högre spännings- och effektförstärkningar för CE-drift (common-emitter).

Strömförstärkningen i den gemensamma emitterkretsen erhålls från bas- och kollektorkretsströmmarna. Eftersom en mycket liten förändring i basström ger en stor förändring i kollektorström, är strömförstärkningen (β) alltid större än enhet för den gemensamma emitterkretsen, ett typiskt värde är cirka 50.

Ansökningar

Lågfrekvent spänningsförstärkare

Ett typiskt exempel på användningen av en gemensam emitterförstärkare visas i figur 3.

Figur 3: Single-end npn common-emitter förstärkare med emitter degeneration. Den AC-kopplade kretsen fungerar som en nivåväxlingsförstärkare. Här antas bas-emitterspänningsfallet vara 0,65 volt.

Ingångskondensatorn C tar bort varje DC-komponent av ingången, och motstånden R1 _och R2 _förspänner transistorn så att den kommer att förbli i aktiv mod under hela ingångsområdet. Utgången är en inverterad kopia av AC-komponenten av ingången som har förstärkts med förhållandet R _C / R _E och förskjutits med en mängd som bestäms av alla fyra motstånden. Eftersom RC ofta _är stor kan utgångsimpedansen för denna krets vara oöverkomligt hög. För att lindra detta problem RC så låg som möjligt och förstärkaren följs av en spänningsbuffert som en emitterföljare _.

Radio

Common-emitter-förstärkare används också i radiofrekvenskretsar, till exempel för att förstärka svaga signaler som tas emot av en antenn . I det här fallet är det vanligt att byta ut belastningsmotståndet med en avstämd krets. Detta kan göras för att begränsa bandbredden till ett smalt band centrerat kring den avsedda arbetsfrekvensen. Ännu viktigare är att den också tillåter kretsen att arbeta vid högre frekvenser eftersom den avstämda kretsen kan användas för att resonera alla interelektrod- och strökapacitanser, som normalt begränsar frekvenssvaret. Vanliga sändare används också ofta som lågbrusförstärkare .

Audio

Common-emitter-förstärkare används också för ljudförstärkare. Till exempel presenteras en gör-det-själv- eller hobbyapplikation av förstärkaren med common-emitter i.

Se även

• Gemensam bas
• Gemensam samlare
• Gemensam grind
• Gemensamt avlopp
• Vanlig källa
• Öppna samlare
• Nätverk med två portar

externa länkar

• Simulering av Common Emitter Amplifier Circuit eller simulering av Common Emitter Transistor Amplifier
• Grundläggande BJT-förstärkarkonfigurationer
• NPN Common Emitter Amplifier – Hyperfysik
• ECE 327: Transistor Basics – Ger exempel på gemensam-emitterkrets med förklaring.