BJT Puzzler: Common Emitter oder Emitter Follower?

8

Einige hoch angesehene Mitglieder waren sich im Zusammenhang mit anderen Fragen nicht einig, daher dachte ich, ich würde es als separate Frage veröffentlichen.

Frage: Ist der NPN BJT in dieser Schaltung als gemeinsamer Emitter oder gemeinsamer Kollektor konfiguriert?

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Beachten Sie, dass der S + -Knoten möglicherweise ungewöhnlich geerdet und der S- -Knoten der Ausgang ist. 'S' steht hier für Sinn, kann aber für die gegenwärtigen Zwecke als interpretiert werden .Vout

Dies ist Teil einer DC-Bench-Stromversorgungsschaltung und sieht auf Blockebene so aus. Beachten Sie, dass das Symbol für den Operationsverstärker den gesamten Verstärker darstellt, nicht speziell den Operationsverstärker LF411:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Wenn ich den Operationsverstärker auf eine Signalspannungsquelle abstrahiere, glaube ich, dass diese beiden jeweils alternative Layouts für die Anzeige der Schaltung sind. Ich habe sie absichtlich in Formen angeordnet, die an den klassischen gemeinsamen Emitter bzw. den gemeinsamen Sammler (Emitterfolger) erinnern.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Ich möchte niemandem den Spaß verderben, daher ist meine eigene Schlussfolgerung in der Spoiler-Leiste unten. Rollen Sie mit der Maus, um zu sehen, ob Sie möchten. Dies ist meine beste Schlussfolgerung. Ich habe immer noch Zweifel im Kopf :)

Gemeinsamer Emitter, genauer gesagt geerdeter Emitter. Der BJT erhöht die Schaltung proportional zum Lastwiderstand.

Die Antworten sollten die Gründe für ihre Schlussfolgerung angeben. Ich denke, eines der coolen Merkmale solcher Rätsel ist, dass man gezwungen ist, nach dem zu graben, was in der Form wesentlich ist, und es nicht nur in klassischer Form zu erkennen :)

scanny
quelle
1
Oh, eine Trickfrage!
gsills
Ich versuche herauszufinden, wer dachte, dass dies eine gute Schaltung für eine Stromversorgung ist ... wirklich, kein Ende Ihrer 45-V-Quelle ist an eine feste Spannung gebunden? Das sieht nach einem Rezept für Probleme aus.
alex.forencich
@ alex.forencich - Dies ist im Wesentlichen die genaue Schaltung (abzüglich der Kompensationskomponenten) für den Agilent E3610A, den ich habe. Sie verwenden einen Darlington und dort befindet sich ein PNP-Treibertransistor, aber das Verstärkungsprofil ist im Wesentlichen das gleiche, nur wegen des Darlington (2N6056) um einige dB nach oben verschoben. Nach meiner Erfahrung ist es ziemlich üblich, einen schwimmenden Ausgang an einem DC-Tischnetzteil zu haben, und V.unreg wird auf S- verwiesen. Ist es das, worauf du hinaus willst?
Scanny
1
Das ist eine gute Frage. Und wie die Dinge laufen, sieht nach einer der besten Fragen seit einiger Zeit aus.
gsills
1
@scanny hat bisher die besten formatierten Fragen. Gut gemacht.
efox29

Antworten:

3

Ich wollte diese Frage nicht beantworten, da ich sie bereits mit einer früheren Frage des OP (Scanny) durchgearbeitet hatte. Aber es ist so ein Durcheinander geworden, kann nicht anders. Ich meine, 1 richtige Antwort von 3 bisher? Wie ist diese Schaltung so verwirrend? Wir werden darauf zurückkommen, aber zuerst etwas Geschichte.

Als ich diese Schaltung zum ersten Mal sah, schrieb ich eine Analyse als Emitterfolger. Ich habe den Boden zuerst nicht gesehen, da er geschickt zwischen der invertierenden U1-Eingangsreferenz und der verborgen warRload. Dann schlug Scanny in einem Kommentar vor, dass er dachte, die Schaltung sei ein gewöhnlicher Sender. Worüber redet er? Ich schaute noch einmal auf die Schaltung und machte ein mentales Experiment, bei dem ich die Knotenspannungen variierte und darüber nachdachte, was das bedeuten musste, und alles schien immer noch wie ein Emitterfolger zu wirken, also nah. Aber Scanny hatte zusätzliche Beobachtungen über das Verhalten, die für einen Emitter-Anhänger keinen Sinn machten, für einen gemeinsamen Emitter aber viel Sinn machten. Also habe ich die Schaltung von Grund auf neu gezeichnet, um die Dinge weiter zu untersuchen. Nachdem ich die Strecke neu gezeichnet hatte, stellte ich fest, dass ich es mit einem Idioten zu tun hatte: Ich um 1 Uhr morgens.

Hier ist eine kommentierte Version der Schaltung, die ich beim Neuzeichnen erhalten habe:

schematisch

simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab

Das Neuzeichnen der Schaltung als Kleinsignal-Wechselstrommodell brachte mich dazu, alles neu auszurichten und wirklich an V.unreg, V.ref und den Ort zu denken, an dem sich alle Gründe befanden. Die resultierende Schaltung ist eindeutig ein gemeinsamer Emitter.

Wichtig in der Schaltung zu realisieren:

  • Die eigentliche Referenz ist S + oder Masse.
  • V.unreg ist differentiell 45V, aber Gleichtakt schwebt mit Q1-c.
  • Sowohl V.unreg als auch V.ref wirken als Offset-Spannungen.

Rload


Aber warum war diese Schaltung so verwirrend?

Rload

Es ist eine Art Rahmung. Menschen werden durch Gewöhnung federbelastet, um zuerst einen Emitterfolger zu sehen. Einmal so gesehen, werden andere Gesichtspunkte geleugnet.

Lassen Sie uns hier die Schaltung auf eine andere, aber äquivalente Weise neu zeichnen.

schematisch

simulieren Sie diese Schaltung

Es ist ziemlich klar, dass sich alles auf S + bezieht, V.unreg schwebt und die Spannung an S- durch Q1-c durch Ändern der Gleichtaktspannung von V.unreg moduliert wird.

gsills
quelle
2
Ich habe gerade meine Antwort gelöscht. Es war alles "gewöhnlicher Sammler / Emitter-Anhänger" aus genau den gleichen Gründen, die Sie in Ihrem zweiten Absatz erwähnt haben (außer dass ich um 1 Uhr morgens kein Idiot war, sondern ein Idiot, der eine allzu einfache (?!) Antwort im Kaffee gab -Brechen Sie nach einem nervigen Meeting. Hätte ich jedoch meine Kleinsignalanalyse so durchgeführt, wie ich es hätte tun sollen, wäre ich genau zu der von Ihnen erwähnten Lösung gekommen. Vielen Dank, dass Sie sich die Zeit genommen haben, die Schaltpläne neu zu zeichnen und auf die Bedeutungslosigkeit des 45-V-Quelle im AC-Modell (Kleinsignal).
Zebonaut
Ich denke darüber nach, was du sagst und ich komme wieder !!!
Andy aka
1
@zebonaut, ich denke, die meisten sind zumindest etwas voreingenommen, wenn sie Schaltkreise sehen, die diesen als Emitter-Follower ähneln und leicht von Ihnen selbst ausgetrickst werden können. Das Schweben der 45-V-Quelle war sehr subtil. Eine interessante Strecke.
gsills
3

Ist das Opamp-Netzteil auf S + bezogen? Wenn ja, ist der BJT wie Sie sagen in der allgemeinen Emitterkonfiguration und Sie werden Probleme haben, die Rückkopplungsschleife zu stabilisieren.

Kevin White
quelle
Ja, das Netzteil des Operationsverstärkers (12+ und 12- im Schaltplan) bezieht sich auf S +. Ich habe alle Kompensationskomponenten entfernt, um mich auf die Konfiguration des BJT-Verstärkers zu konzentrieren, aber es ist eine Herausforderung, dies zu kompensieren. Ich frage mich, warum professionelle Entwickler von Gleichstromversorgungen diese Schaltung wählen :)
Scanny
2
Sie "schwebten" die Opamp-Stromversorgung, so dass der Spannungsbereich des Ausgangs der Schaltung insgesamt viel größer sein könnte als das, was der Opamp direkt handhaben könnte.
Dave Tweed
Sag Kevin, könntest du deine Argumentation etwas näher erläutern? Es sieht so aus, als ob wir es immer noch nicht alle so sehen. Wir hoffen, dass Sie uns helfen können, zu Ihrem Schluss zu kommen :)
Scanny
3

Hier ist der relevante Teil der Schaltung neu gezeichnet: -

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Am Kollektor liegen 45 V relativ zu S- an.

Die Emitterspannung macht das, was der Operationsverstärkerausgang macht (-0,7 Volt niedriger), dh es ist das Steuerelement und es ist ein Emitterfolger.

Wenn ich die Schaltung mit S + als Ausgang und S- als "Masse" zeichnen würde, würde jemand anderer Meinung sein, dass dies ein gemeinsamer Kollektor ist:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Habe ich bei dieser Konvertierung einen Fehler gemacht? Meine Simulation (mit V4) als Stimulus liefert mir die Ergebnisse, die ich für einen gewöhnlichen Sammler erwarten würde, aber leider liefert mein Simulator dumme Ergebnisse, wenn ich NUR die Boden- und Vout-Etiketten tausche, was ärgerlich ist.

Hier sind die Ergebnisse gemäß der obigen Schaltung: -

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Die Verstärkung beträgt 12,146 dB von Gleichstrom bis weit über 100 kHz, der 3dB-Punkt beträgt 1,246 MHz und der Phasenwinkel beträgt bei dieser Frequenz -71 Grad. Vermisse ich hier etwas? Bin ich auch dumm (nicht unbekannt)?

Wenn ich zwei 7805 wie folgt verkabelt habe: -

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Schaltet es den unteren 7805 instabil? Dies ist eine vollkommen gültige Schaltungsverbindung, und in Abb. 17 im Fairchild-Datenblatt ist ein ähnliches Beispiel dargestellt: -

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Es gibt viele gute Arbeiten, die darauf hindeuten, dass es sich um einen gemeinsamen Emittenten handelt. Ich habe also das Gefühl, dass ich hier etwas verpasst habe.

Andy aka
quelle
1
Da sich die Operationsverstärkerversorgung jedoch auf S + bezieht, variiert ihre Ausgangsspannung um einige mV in beide Richtungen von 0,7 V, gerade genug, um den vom Abtast-Summierungspunkt (nicht invertierender Eingang) geforderten Strom zu liefern. (was für alles, was wichtig sein könnte, sehr nahe an 0 V schweben würde). Und da der Ausgang S- ist, würden Sie ungefähr -30 V für eine Änderung von 0,3 V für eine Verstärkung in der Größenordnung von 100 ausgeben. Vermisse ich etwas?
Scanny
2
@Andy Ihr Fehler scheint zu übersehen, dass das U1 in jeder Hinsicht auf S + verwiesen wird. Daher treibt es Q1-b in Bezug auf Q1-e an. Emitter folgt nirgendwo hin.
Gsills
2
VbVcVe
1
@Andy, es gibt zwei Schlüssel- und subtile Konzepte, die die fragliche Originalschaltung (OC) zu einem gemeinsamen Emitter (CE) machen: V.unreg schwebt frei und Q1-b wird seit U1-inv in Bezug auf Q1-e von U1 angesteuert verwendet Q1-e und S + als Referenz. Jede Schaltung, bei der V.unreg direkt mit Masse oder Referenz verbunden ist, entspricht nicht dem OK und ist daher für die Frage nicht relevant. Könnte ein Emitterfolger (EF) in einem Regler anstelle des OC verwendet werden? Sicher, aber es wäre eine andere Schaltung.
gsills
1
Die Schaltung, die Sie mit S + als Ausgang und S- als Masse hinzugefügt haben, hat einen Emitterfolger als Leistungsstufe. Ist aber nicht gleichbedeutend mit dem OK. Hier ist das Feedback für OpAmp von Q1-e bis X1-inv, wie Sie es von EF erwarten würden. Die Bezugnahme auf X1-noninv ist jedoch widersprüchlich und sowohl an den Boden als auch an Vout gebunden. Der Regler ist also selbstmodulierend und die Referenz ist nicht stabil. Simulationsergebnisse dieser Schaltung sollten nicht als vertrauenswürdig eingestuft werden.
gsills
0

Wenn Sie die Wechselstromäquivalente richtig zeichnen und die meisten Vorspannungen weglassen, sehen CC- und CE-Verstärker fast identisch aus. (Denken Sie daran, dass im Idealfall kein Strom durch die Signalquelle fließt!)

schematisch

simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab

schematisch

simulieren Sie diese Schaltung

VC>VE

schematisch

simulieren Sie diese Schaltung

schematisch

simulieren Sie diese Schaltung

Hier erfahren Sie, wie Sie den Unterschied erkennen. Wenn der Laststrom vom Kollektorknoten zum Emitterknoten fließt , handelt es sich um einen gemeinsamen Emitter. Wenn der Laststrom vom Emitterknoten zum Kollektorknoten fließt , handelt es sich um einen gemeinsamen Kollektor. Ich denke, diese Regel funktioniert immer für DC-gekoppelte Ausgänge. Bei AC-gekoppelten Ausgängen arbeitet es mit der Spitzenkollektor- / Emitterspannung.

Unabhängig davon, wie Sie es zeichnen, ist Ihr Emitter direkt mit der oberen Seite des Ausgangs verbunden. Das macht es zu einem Common-Collector-Verstärker (Emitter Follower).

EDIT: Ich werde dies simulieren:

schematisch

simulieren Sie diese Schaltung

Ich weiß nicht, Leute, das sieht für mich sehr nach einem CC-Linearregler aus. Die Erzeugung der Referenzspannung ist seltsam, aber ich sehe nicht, wie dies die grundlegende Topologie ändert. Es gibt eine hohe ungeregelte Spannung am Eingang, eine niedrigere geregelte Spannung am Ausgang und einen NPN-Transistor dazwischen. S- ist der gemeinsame Knoten, der zwischen Eingang und Ausgang geteilt wird, und der Strom fließt von S + nach S-. Negatives Feedback wird von S + übernommen. Wie kann das etwas anderes sein als ein Emitterfolger?

Vielleicht fehlt mir etwas. Ich werde es noch einmal versuchen, wobei die Operationsverstärkerschaltung durch eine Gleichspannungsquelle (Vctrl) ersetzt wird. Die Frage ist nun, was als Quellgrund verwendet werden soll. Ich werde zuerst S- versuchen:

schematisch

simulieren Sie diese Schaltung

DC-Sweep von Vb - VS-

Ich habe Vctrl von 0V - 47V gewischt und das Verhalten gesehen, das ich von einem Emitterfolger erwarten würde. Jetzt werde ich versuchen, die Quelle auf S + zu verweisen:

schematisch

simulieren Sie diese Schaltung

DC-Sweep von Vb - VS +

VBE+VOVBE

VBE

Mir fehlt etwas, aber ich bin mir nicht sicher, was es ist.

Adam Haun
quelle
2
VcVe
1
Ich habe meine Antwort aktualisiert. Vielleicht können Sie mir helfen, meine Verwirrung zu beseitigen.
Adam Haun
1
VbVcRL
1
RLVunreg