BJT Puzzler: общий эмиттер или последователь эмиттера?

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?

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

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:

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.

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 :)

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 и$R_{\text{load}}$, 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:

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

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).$R_{\text{load}}$

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.

^{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.

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.

Вот соответствующая часть схемы перерисована:

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:

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: -

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: -

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

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

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!)

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

^{смоделировать эту схему}

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

^{смоделировать эту схему}

^{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:

^{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:

^{смоделировать эту схему}

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 +:

^{смоделировать эту схему}

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 контролирую$V_{BE} + V_O$, а во втором случае я только контролирую $V_{BE}$,

Если я возьму мнение, что я контролирую $V_{BE}$с 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.