Rompecabezas de BJT: ¿Emisor común o seguidor de emisor?

Question

Algunos miembros de alta reputación han discrepado sobre esto en el contexto de otras preguntas, así que pensé en publicarlo como una pregunta separada.

Pregunta: ¿El BJT NPN de este circuito está configurado como emisor común o como colector común? colector común?

Obsérvese que, tal vez de forma inusual, el S+ es tierra y el nodo S- es el nodo de salida. S' aquí significa sentido, pero para los propósitos actuales puede ser interpretado como \$V_{out}\$ .

Esto es parte de un circuito de fuente de alimentación de banco DC, y se ve así en el nivel de bloque. Obsérvese que el símbolo de aspecto de amplificador de operación representa el amplificador completo, no el amplificador de operación LF411 específicamente:

Abstrayendo el amplificador óptico a una fuente de tensión de señal, creo que estos dos son cada uno de los diseños alternativos para ver el circuito. Los he colocado a propósito en formas que recuerdan al emisor común clásico y al colector común (seguidor de emisor) respectivamente.

No quiero estropear la diversión a nadie, así que mi propia conclusión está en la barra de spoilers de abajo. Pasa tu con el ratón para ver si te gusta. Esto representa mi mejor conclusión de trabajo. Todavía tengo una pizca de duda en mi mente :)

Emisor común, más concretamente, emisor conectado a tierra. El BJT añade ganancia al circuito, proporcional a la resistencia de carga.

Las respuestas deben justificar su conclusión. Creo que una de las características más interesantes de este tipo de acertijos es que obligan a buscar lo que es esencial en la forma, y no sólo a reconocerlo en la forma clásica :)

Answer 1

¿La fuente de alimentación del amplificador está referenciada a S+? Si es así, el BJT está, como dices, en configuración de emisor común y tendrás problemas para estabilizar el bucle de realimentación.

Answer 2

Aquí está la parte relevante del circuito redibujado: -

Hay 45V en el colector con respecto a S-.

El voltaje del emisor hace lo mismo que la salida del op-amp (-0,7 voltios menos), es decir, es el elemento de control y es un seguidor de emisor.

Si dibujara el circuito con S+ como salida y S- como "tierra", ¿alguien estaría en desacuerdo con que se trata de un colector común?

¿He cometido un error en esta conversión? Mi simulación (utilizando V4) como estímulo me da los resultados que esperaría para un colector común, pero desafortunadamente mi simulador está dando resultados tontos si sólo intercambio las etiquetas de tierra y Vout, así que esto es molesto.

Aquí están los resultados según el circuito anterior: -

La ganancia es de 12,146 dB desde CC hasta bastante más de 100kHz, el punto 3dB es de 1,246 MHz y el ángulo de fase es de -71 grados a esta frecuencia. ¿Me estoy perdiendo algo? ¿También estoy siendo estúpido (no es inaudito)?

Si conectara dos 7805s así: -

¿Instaura el 7805 inferior? Esta es una conexión de circuito perfectamente válida y en la fig. 17 de la hoja de datos de Fairchild muestra un ejemplo similar

Hay un montón de buenos trabajos que sugieren que es un emisor común, así que estoy empezando a sentir que puedo haber perdido algo aquí?

Answer 3

No iba a responder a esta pregunta, puesto que ya había pasado por ella con una pregunta anterior del OP (scanny). Pero, se ha convertido en un lío, no puedo evitarlo. Quiero decir, 1 respuesta correcta de 3 hasta ahora? ¿Cómo es este circuito tan confuso? Vamos a llegar a eso, pero primero un poco de historia.

Cuando vi por primera vez este circuito escribí un análisis del mismo como seguidor de emisor. Al principio no vi la tierra, ya que estaba hábilmente oculta a la vista entre la referencia de entrada inversora de U1 y \$R_{\text{load}}\$ . Luego en un comentario scanny sugirió que pensaba que el circuito era de emisor común. ¿De qué está hablando? Volví a mirar el circuito e hice un experimento mental variando los voltajes de los nodos y pensando en lo que debía significar, y todo parecía seguir actuando como un seguidor de emisor, así que no. Pero scanny tenía observaciones adicionales sobre el comportamiento que no tenía ningún sentido para un seguidor de emisor, pero tenía mucho sentido para un emisor común. Así que volví a dibujar el circuito desde cero para investigar más a fondo. Después de redibujar el circuito me di cuenta de que estaba tratando con un idiota: Yo a la 1 de la mañana.

Aquí hay una versión anotada del circuito que obtuve al redibujar:

simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab

Volver a dibujar el circuito como un modelo de CA de pequeña señal me hizo reorientar todo, y pensar realmente en V.unreg, V.ref, y donde estaban todas las tierras. El circuito resultante es claramente un emisor común.

Importante realizar en el circuito:

• La referencia real es S+ o tierra.
• V.unreg es diferencialmente 45V, pero el modo común flota con Q1-c.
• Tanto V.unreg como V.ref actúan como tensiones de offset.

Si se compara el cambio de voltaje a través de \$R_{\text{load}}\$ visto cuando se modula la salida de U1 en este circuito, al circuito original, verás que los dos circuitos hacen lo mismo.

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Pero, ¿por qué este circuito ha sido tan confuso?

Aunque, el esquema original está bien dibujado, la orientación de Q1 y la colocación relativa de V.unreg y \$R_{\text{load}}\$ son muy parecidas a las que cabría esperar para una etapa de potencia de seguidor de emisor. La topología de seguidor de emisor también se espera en una aplicación como esta (normalmente, ya que el emisor común tiene muchos más problemas de estabilidad).

Es un tipo de encuadre. La gente, por habituación, se acostumbra a ver primero a un seguidor del emisor. Una vez visto así, se niegan otros puntos de vista.

Aquí, vamos a volver a dibujar el circuito, de otra manera diferente, pero equivalente.

simular este circuito

Está bastante claro que todo está referenciado a S+, V.unreg flota, y el voltaje en S- es modulado por Q1-c a través del cambio del voltaje de modo común de V.unreg.

Answer 4

Si se dibujan bien los equivalentes de CA y se omite la mayor parte de la polarización, los amplificadores CC y CE parecen casi idénticos. (Recuerda que lo ideal es no la corriente fluye a través de la fuente de la señal)

simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab

simular este circuito

Pero, por supuesto, no son idénticos. La polarización de CC también importa. Recuerda que en la región lineal \$V_C > V_E\$ . El modelo de AC por sí solo no lo garantiza. Mirando la dirección del flujo de corriente DC+AC se ve claramente la diferencia:

simular este circuito

simular este circuito

Así que aquí está la forma de distinguir la diferencia. Si la corriente de carga fluye de el nodo colector a el nodo emisor, es emisor común. Si la corriente de carga fluye de el nodo emisor a el nodo colector, es colector común. Creo que esta regla funciona siempre para las salidas acopladas en CC. Para las salidas acopladas en CA, funciona en el pico de tensión colector/emisor.

Independientemente de cómo lo dibujes, tu emisor está conectado directamente al lado alto de la salida. Eso lo convierte en un amplificador de colector común (seguidor de emisor).

EDIT: Voy a simular esto:

simular este circuito

No sé, chicos, esto se parece mucho a un regulador lineal CC para mí. La generación del voltaje de referencia es extraña, pero no veo cómo eso cambia la topología básica. Hay un alto voltaje no regulado en la entrada, un voltaje regulado más bajo en la salida, y un transistor NPN en el medio. S- es el nodo común que se comparte entre la entrada y la salida, y la corriente fluye de S+ a S-. La retroalimentación negativa se toma de S+. ¿Cómo puede ser otra cosa que un seguidor de emisor?

Tal vez se me escapa algo. Lo intentaré de nuevo con el circuito del amplificador operacional sustituido por una fuente de tensión continua (Vctrl). La pregunta ahora es ¿qué usar como fuente de tierra? Primero probaré con S-:

simular este circuito

Hice un barrido de Vctrl desde 0V - 47V, y vi el comportamiento que esperaría de un seguidor de emisor. Ahora intentaré referenciar la fuente a S+:

simular este circuito

Barriendo Vctrl de 0V - 1V ahora me da mucha ganancia en la salida. Supongo que se podría llamar inversión si se intercambia la polaridad de salida, así que supongo que puedo ver por qué lo llaman CE. La principal diferencia parece ser que en el primer caso estoy controlando \$V_{BE} + V_O\$ y en el segundo caso sólo estoy controlando \$V_{BE}\$ .

Si tomo el punto de vista de que estoy controlando \$V_{BE}\$ con la carga en el colector, entonces empieza a sonar más como un amplificador de transconductancia que como cualquiera de las topologías habituales de amplificadores de tensión. Supongo que es lo que se espera de un circuito de transistores desnudos. Pero la tensión de salida es constante...

Me falta algo, pero no estoy seguro de qué es.