Pojačalo sa zajedničkim emiterom je jednostavno BJT kolo koje pojačava slabe signale i stvara fazni pomak od 180 ° između ulaza i izlaza. Nudi pojačavanje visokog napona, stabilan rad i široku upotrebu u audio, senzorskim i RF krugovima. Ovaj članak objašnjava njegove delove, pristrasnost, pojačanje, ponašanje frekvencije, distorziju i kako svaki odeljak utiče na performanse.
Pregled pojačala sa zajedničkim emiterom
Mala promena u baznoj struji rezultira mnogo većom promenom kolektorske struje, omogućavajući fazi da efikasno pojača slabe signale. Pošto se izlaz na kolektoru smanjuje kada se ulaz povećava, konfiguracija proizvodi fazni pomak od 180 °, karakteristika koja se koristi u višestepenim pojačalima i mrežama povratnih informacija.
Common-emiter pojačalo komponente
• Osnovni terminal (ulazni port)
Prima ulazni signal i kontroliše koliko tranzistor sprovodi.
• Kolektorski terminal (izlazni port)
Proizvodi izlazni signal kao napon menja preko kolektora otpornika.
• Emiter Terminal (zajednički čvor)
Služi kao zajednički povratni put i za ulaz i za izlaz.
• Kolektorski otpornik (RC)
Pomaže u podešavanju napona tako što kolektor promene struje u promene napona.
• Otpornik emitera (RE)
Održava radnu tačku stabilnom dodavanjem prirodnih negativnih povratnih informacija.
• Spojni kondenzatori (Cin, Cout)
Neka se AC signali kreću kroz kolo dok blokiraju DC, tako da se tačka pristrasnosti ne pomera.
• Napajanje (VCC)
Obezbeđuje energiju potrebnu za tranzistor da radi.
BJT Operativni regioni u zajedničkom emitera pojačalo
| Regija | Ulazni uslov | Ponašanje tranzistora | Uticaj na CE pojačalo izlaz | Dobro za pojačanje? |
|---|---|---|---|---|
| Prekid | Spoj baza-emiter nije pristrasan napred | Malo ili nimalo kolektorske struje | Izlaz se kreće ka VCC | Ne |
| Aktivna regija | Napon baznog emitera oko 0,6- 0,7 V za silicijum; bazni kolektor obrnuto pristrasan | Kolektorska struja prati β × baznu struju | Izlaz varira linearno | Da |
| Zasićenje | Oba raskrsnice postaju napred pristrasna | Kolektorska struja prestaje da raste linearno | Izlaz povučen blizu zemlje | Ne |
Linearna operacija u aktivnom regionu dovodi direktno do ponašanja faze potpisa pojačala.
KSNUMKS. Fazna inverzija u pojačalu sa zajedničkim emiterom
CE pojačalo proizvodi obrnuti izlaz jer:
• Povećanje bazne struje povećava struju kolektora.
• Veća struja kolektora uzrokuje pad većeg napona preko RC-a.
• Ovo smanjuje napon kolektora.
• Izlazni napon se smanjuje dok se ulaz povećava.
Dobitak u zajedničkom emiter pojačala
Zajedničko-emiter pojačalo obezbeđuje strujni dobitak, napon dobitak, i snaga. Ovi dobici dolaze iz ponašanja tranzistora i kako njegove komponente oblikuju signal.
Trenutni dobitak (AI)
Trenutni dobitak zavisi od β vrednosti tranzistora:
AI≈β
Pojačanje napona (Av)
Pojačanje napona može se proceniti koristeći:
AI≈− β (RC/rπ)
• Veći RC povećava pojačanje napona.
• Manji rπ (koji se dešava kada je struja kolektora veća) takođe povećava pojačanje napona.
Pojačanje (AP)
Pojačanje raste jer su i struja i napon pojačani:
AP = AI⋅AV
Dosledno dostizanje ovih nivoa pojačanja zahteva stabilnu tačku pristrasnosti koja se ne kreće.
Uspostavljanje stabilne DC pristrasnosti u zajedničkom emiteru pojačala
Zajedničko-emiter pojačalo treba stabilan DC pristrasnost, tako da tranzistor ostaje u aktivnom regionu tokom AC signala. Napon-delnik pristrasnost se koristi jer obezbeđuje stabilan bazni napon čak i kada β promene ili kada dođe do promena temperature. Otpornik emitera dodaje veću stabilnost stvaranjem prirodnih negativnih povratnih informacija. Sa pravom K-tačkom, izlazni signal može ravnomerno da se ljulja, izbegne izobličenje i održi snažno i pouzdano pojačanje.
Kada je pristrasnost sigurna, mali signal i impedansa ponašanja pojačala postaju predvidljivi i lakši za analizu.
Ponašanje malog signala i impedanse u pojačalu sa zajedničkim emiterom
Pojačalo sa zajedničkim emiterom ima predvidljive osobine malih signala koje pomažu u određivanju načina na koji se bavi ulaznim signalima i interakcijom sa povezanim fazama.
Parametri modela malog signala
• rπ (dinamički otpor baza-emiter):
Utiče na to koliko lako ulazni signal kontroliše tranzistor.
• GM (transkonduktancija):
gm = IC / VT
Veća struja kolektora proizvodi veći GM, što povećava dobitak.
• RO (izlazni otpor):
Utiče na izlazni signal na višim frekvencijama.
Impedanse
• Ulazna impedansa (ZIN)
Pada u srednjem opsegu i zavisi od rπ i pristrasnosti mreže.
Veći ZIN smanjuje opterećenje na ulaznom izvoru.
• Izlazna impedansa (ZOUT)
Visok i oblikovan uglavnom od strane RC i RO.
To čini CE fazu pogodnijom za pojačanje napona, a ne za isporuku velike snage.
Ove karakteristike rade zajedno sa kondenzatorima i komponentama opterećenja koje oblikuju i AC protok i stabilnost.
KSNUMKS. Kondenzatori i delovi opterećenja u pojačalu sa zajedničkim emiterom
Pojačalo sa zajedničkim emiterom oslanja se na nekoliko komponenti koje vode AC signale, održavaju pristrasnost stabilnom i oblikuju ukupnu dobit.
spojni kondenzatori
• CIN: Omogućava ulazni AC signal da prođe dok spoljna kola ne menjaju pristrasnost.
• COUT: Blokira DC da dođe do sledeće faze ili povezanih uređaja.
Komponente za stabilizaciju emitera
• RE: Pomaže u održavanju DC pristrasnosti stabilnom i poboljšava termičku stabilnost.
• CE (bajpas kondenzator): Obezbeđuje putanju niske impedanse za AC signale. Vraća punu AC dobitak uz zadržavanje DC pristrasnost stabilan
Komponente opterećenja
• RC: Postavlja glavni napon pojačala.
• RL: Utiče na ukupni napon i utiče na frekvencijski odziv.
Ovi reaktivni elementi prirodno utiču na to kako se pojačalo ponaša na različitim frekvencijama.
Frekvencijski odziv i propusni opseg CE pojačala
| Odeljak | Objašnjenje |
|---|---|
| Niska frekvencija | Spajanje i bajpas kondenzatori određuju bas odgovor. Male vrednosti smanjuju niske frekvencije pojačanje. |
| Midband | Dobitak ostaje stabilan i predvidljiv; dominiraju odnosi otpornika i parametri tranzistora. |
| Visoke frekvencije | Dobitak se smanjuje zbog tranzistorskih kapaciteta, Milerovog efekta i parazita ožičenja. |
Promene u frekvencijskom opsegu mogu uvesti neidealna ponašanja kao što je distorzija.
KSNUMKS. Distorzija u CE pojačala i načini da se to smanji
Izvori distorzije
• Prekidno izobličenje se dešava kada tranzistor ne dobije dovoljno pristrasnosti, uzrokujući da deo signala nestane.
• Izobličenje zasićenja se javlja kada izlazni signal dostigne donju granicu napajanja i ne može dalje da se ljulja
• Termički drift pomera Q-tačku kako se temperatura menja, utičući na oblik signala.
• Nelinearnost se pojavljuje kada ulazni signal postane prevelik da bi tranzistor mogao glatko rukovati.
Rešenja
Podesite K-tačku blizu sredine napona napajanja kako bi se omogućilo pravilno ljuljanje signala.
• Koristite otpornik emitera kako bi radna tačka bila stabilnija.
• Smanjite ulaznu amplitudu kako biste sprečili tranzistor da napusti svoju linearnu regiju.
• Primenite mrežu povratnih informacija da biste poboljšali ukupnu linearnost.
• Izaberite stabilne tipove tranzistora sa niskim nivoom buke kako bi rad bio stabilan i čist.
Primena CE pojačala
Audio pretpojačala
Pomaže u povećanju malih audio signala kako bi se mogli jasno obraditi.
Kondicioniranje signala senzora
Jača slabe izlaze iz uređaja kao što su fotodiode, solarne ćelije, termistori i Hall senzori.
Srednja frekvencija (IF) pojačala
Obezbeđuje stabilan, umeren dobitak za radio kola koja rade na fiksnim frekvencijskim fazama.
Analogni Front-End (AFE) kola
Poboljšava signale niskog nivoa pre nego što uđu u analogno-digitalni konvertor.
Oprema za testiranje i merenje
Podržava pojačavanje signala u alatima kao što su osciloskopi, generatori funkcija i osnovni merni krugovi.
Poređenje CE pojačala sa drugim BJT konfiguracijama
| Odlika | Common-Emiter | Common-Collector | Zajednička baza |
|---|---|---|---|
| Pojačanje napona | Visok | O 1 | Visok |
| Trenutni dobitak | Visok | Visok | Nisko |
| Ulazna impedansa | Srednji | Visok | Nisko |
| Izlazna impedansa | Visok | Nisko | Visok |
| Fazni pomak | 180° | 0° | 0° |
| Najbolja upotreba | Opšte pojačanje | Baferovanje | Visokofrekventne faze |
| Spajanje Lakoća | Lako | Vrlo lako | Teže |
Zaključak
Pojačalo sa zajedničkim emiterom radi tako što tranzistor drži u aktivnom području, koristeći odgovarajuću pristrasnost i odabir pravih otpornika i kondenzatora. Ovi elementi oblikuju pojačanje, frekvencijski odziv i kvalitet signala. Razumevanje kako se svaki deo ponaša olakšava kontrolu izobličenja, upravljanje protokom signala i postizanje stabilnog, čistog pojačanja u mnogim analognim kolima
Često postavljana pitanja [FAK]
Kako temperatura menja dobitak CE pojačala?
Viša temperatura povećava struju kolektora i GM, što podiže dobitak, ali čini pristrasnost tačku manje stabilna.
Šta se dešava ako bajpas kondenzator je prevelika?
Niskofrekventni dobitak se povećava, ali kolo postaje sporije da se reši i može loše reagovati na nagle promene signala.
Zašto ne može CE pojačalo pogon teška opterećenja?
Njegova visoka izlazna impedansa izaziva slab izlaz, izobličenje i grejanje prilikom vožnje opterećenja niskog otpora.
Kako smanjiti buku u CE pojačalo?
Dodajte snabdevanje bajpas kondenzatore, koristite kratke ulazne žice, uključuju mali bazni otpornik, i pratite čisto uzemljenje.
Šta kontroliše maksimalni izlazni napon ljuljanje?
Napon napajanja, položaj K-tačke, RC vrednost, i koliko blizu tranzistor dobija zasićenja ili prekida.
Može li se CE pojačalo koristiti na visokim frekvencijama?
Da, ali dobitak pada zbog Milerovog efekta i unutrašnjih kapaciteta. Visokofrekventni tranzistori poboljšavaju performanse.