Emissor comum - Common emitter

Figura 1: Circuito emissor comum NPN básico (negligenciando os detalhes de polarização )

Na eletrônica , um amplificador de emissor comum é uma das três topologias básicas de amplificador de transistor de junção bipolar (BJT) de estágio único , normalmente usado como um amplificador de voltagem . Ele oferece alto ganho de corrente (normalmente 200), resistência de entrada média e resistência de saída alta. A saída de um amplificador emissor comum está 180 graus fora de fase em relação ao sinal de entrada.

Neste circuito, o terminal base do transistor serve como entrada, o coletor é a saída e o emissor é comum a ambos (por exemplo, pode estar ligado a uma referência de aterramento ou a um trilho de fonte de alimentação ), daí seu nome. O circuito FET análogo é o amplificador de fonte comum , e o circuito de válvula análogo é o amplificador de cátodo comum .

Degeneração do emissor

Figura 2: Adicionar um resistor de emissor diminui o ganho, mas aumenta a linearidade e a estabilidade

Os amplificadores de emissor comum fornecem ao amplificador uma saída invertida e podem ter um ganho muito alto que pode variar amplamente de um transistor para o outro. O ganho é uma função forte da temperatura e da corrente de polarização e, portanto, o ganho real é um tanto imprevisível. A estabilidade é outro problema associado a tais circuitos de alto ganho devido a qualquer feedback positivo não intencional que possa estar presente.

Outros problemas associados ao circuito são a faixa dinâmica de entrada baixa imposta pelo limite de sinal fraco ; haverá alta distorção se esse limite for excedido e o transistor parar de se comportar como seu modelo de sinal fraco. Uma maneira comum de aliviar esses problemas é com a degeneração do emissor . Isso se refere à adição de um pequeno resistor entre o emissor e a fonte de sinal comum (por exemplo, a referência de aterramento ou um trilho de fonte de alimentação ). Esta impedância reduz a transcondutância geral do circuito por um fator de , o que torna o ganho de tensão ${\ displaystyle R _ {\ text {E}}}$ ${\ displaystyle G_ {m} = g_ {m}}$ ${\ displaystyle g_ {m} R _ {\ text {E}} + 1}$

{\ displaystyle A _ {\ text {v}} \ triangleq {\ frac {v _ {\ text {out}}} {v _ {\ text {in}}}} = {\ frac {-g_ {m} R _ {\ texto {C}}} {g_ {m} R _ {\ text {E}} + 1}} \ aprox - {\ frac {R _ {\ text {C}}} {R _ {\ text {E}}}} ,}

onde . ${\ displaystyle g_ {m} R _ {\ text {E}} \ gg 1}$

O ganho de tensão depende quase exclusivamente da proporção dos resistores, e não das características intrínsecas e imprevisíveis do transistor. As características de distorção e estabilidade do circuito são, portanto, melhoradas às custas de uma redução no ganho. ${\ displaystyle R _ {\ text {C}} / R _ {\ text {E}}}$

(Embora isso seja frequentemente descrito como " feedback negativo ", pois reduz o ganho, aumenta a impedância de entrada e reduz a distorção, é anterior à invenção do feedback negativo e não reduz a impedância de saída nem aumenta a largura de banda, como o verdadeiro feedback negativo faria.)

Características

Em baixas frequências e usando um modelo híbrido-pi simplificado , as seguintes características de sinal pequeno podem ser derivadas.

	Definição	Expressão (com degeneração do emissor)	Expressão (sem degeneração do emissor, ou seja, R _E = 0)
Ganho atual	${\ displaystyle A _ {\ text {i}} \ triangleq {\ frac {i _ {\ text {out}}} {i _ {\ text {in}}}} \,}$	${\ displaystyle \ beta \,}$	${\ displaystyle \ beta}$
Ganho de tensão	${\ displaystyle A _ {\ text {v}} \ triangleq {\ frac {v _ {\ text {out}}} {v _ {\ text {in}}}} \,}$	${\ displaystyle {\ begin {matrix} - {\ frac {\ beta R _ {\ text {C}}} {r _ {\ pi} + (\ beta +1) R _ {\ text {E}}}} \ end {matriz}}\,}$	${\ displaystyle -g_ {m} R _ {\ text {C}}}$
Impedância de entrada	${\ displaystyle r _ {\ text {in}} \ triangleq {\ frac {v _ {\ text {in}}} {i _ {\ text {in}}}} \,}$	${\ displaystyle r _ {\ pi} + (\ beta +1) R _ {\ text {E}} \,}$	${\ displaystyle r _ {\ pi}}$
Impedância de saída	${\ displaystyle r _ {\ text {out}} \ triangleq {\ frac {v _ {\ text {out}}} {i _ {\ text {out}}}} \,}$	${\ displaystyle R _ {\ text {C}} \,}$	${\ displaystyle R _ {\ text {C}}}$

Se o resistor de degeneração do emissor não estiver presente, então , e as expressões efetivamente simplificar para aquelas fornecidas pela coluna mais à direita (observe que o ganho de tensão é um valor ideal; o ganho real é um tanto imprevisível). Como esperado, quando é aumentado, a impedância de entrada é aumentada e o ganho de tensão é reduzido. ${\ displaystyle R _ {\ text {E}} = 0 \, \ Omega}$ ${\ displaystyle R _ {\ text {E}} \,}$ ${\ displaystyle A _ {\ text {v}} \,}$

Largura de banda

A largura de banda do amplificador emissor comum tende a ser baixa devido à alta capacitância resultante do efeito Miller . O parasita capacitância base-colector apresenta-se como um condensador parasita maior (onde é negativo) a partir da base para chão . Este grande capacitor diminui muito a largura de banda do amplificador, pois torna a constante de tempo do filtro RC de entrada parasita, onde é a impedância de saída da fonte de sinal conectada à base ideal. ${\ displaystyle C _ {\ text {CB}} \,}$ ${\ displaystyle C _ {\ text {CB}} (1-A _ {\ text {v}}) \,}$ ${\ displaystyle A _ {\ text {v}} \,}$ ${\ displaystyle r _ {\ text {s}} (1-A _ {\ text {V}}) C _ {\ text {CB}} \,}$ ${\ displaystyle r _ {\ text {s}} \,}$

O problema pode ser mitigado de várias maneiras, incluindo:

Redução da magnitude do ganho de tensão (por exemplo, usando degeneração do emissor). ${\ displaystyle \ left | A _ {\ text {v}} \ right | \,}$
Redução da impedância de saída da fonte de sinal conectada à base (por exemplo, usando um seguidor de emissor ou algum outro seguidor de tensão ). ${\ displaystyle r _ {\ text {s}} \,}$
Usando uma configuração cascode , que insere um buffer de corrente de baixa impedância de entrada (por exemplo, um amplificador de base comum ) entre o coletor do transistor e a carga. Esta configuração mantém a tensão do coletor do transistor quase constante, fazendo com que o ganho da base para o coletor seja zero e, portanto, (idealmente) removendo o efeito Miller.
Usando uma topologia de amplificador diferencial como um seguidor de emissor conduzindo um amplificador de base aterrada; contanto que o seguidor de emissor seja realmente um amplificador de coletor comum , o efeito Miller é removido.

O efeito Miller afeta negativamente o desempenho do amplificador de fonte comum da mesma maneira (e tem soluções semelhantes). Quando um sinal CA é aplicado ao amplificador de transistor, ele faz com que a tensão de base VB flutue em valor no sinal CA. A metade positiva do sinal aplicado causará um aumento no valor de VB; esta vez, aumentará a corrente de base IB e causará um aumento correspondente na corrente de emissor IE e na corrente de coletor IC. Como resultado, a tensão do coletor-emissor será reduzida devido ao aumento da queda de tensão em RL. A alternância negativa de um sinal AC causará uma diminuição no IB. Esta ação, então, causa uma diminuição correspondente no IE através do RL.

Também é denominado amplificador de emissor comum porque o emissor do transistor é comum tanto para o circuito de entrada quanto para o circuito de saída. O sinal de entrada é aplicado ao solo e ao circuito base do transistor. O sinal de saída aparece no solo e no coletor do transistor. Uma vez que o emissor está conectado ao solo, é comum aos sinais, entrada e saída.

O circuito emissor comum é o mais amplamente usado de amplificadores de transistor de junção. Em comparação com a conexão de base comum, tem impedância de entrada mais alta e impedância de saída mais baixa. Uma única fonte de alimentação é facilmente usada para polarização. Além disso, maiores ganhos de tensão e potência são normalmente obtidos para operação de emissor comum (CE).

O ganho de corrente no circuito emissor comum é obtido da base e das correntes do circuito coletor. Como uma mudança muito pequena na corrente de base produz uma grande mudança na corrente do coletor, o ganho de corrente (β) é sempre maior do que a unidade para o circuito emissor comum, um valor típico é cerca de 50.

Formulários

Amplificador de voltagem de baixa frequência

Um exemplo típico do uso de um amplificador de emissor comum é mostrado na Figura 3.

Figura 3: Amplificador de emissor comum npn de terminação única com degeneração de emissor. O circuito AC-acoplado atua como um amplificador de deslocamento de nível. Aqui, a queda de tensão base-emissor é considerada de 0,65 volts.

O capacitor de entrada C remove qualquer componente constante da entrada, e os resistores R ₁ e R ₂ polarizam o transistor de modo que ele permaneça no modo ativo por toda a faixa de entrada. A saída é uma cópia invertida do componente CA da entrada que foi amplificado pela relação R _C / R _E e alterado por um valor determinado por todos os quatro resistores. Como R _C costuma ser grande, a impedância de saída desse circuito pode ser proibitivamente alta. Para aliviar esse problema, R _C é mantido o mais baixo possível e o amplificador é seguido por um buffer de tensão como um seguidor de emissor .

Rádio

Os amplificadores de emissor comum também são usados em circuitos de radiofrequência, por exemplo, para amplificar sinais fracos recebidos por uma antena . Nesse caso, é comum substituir o resistor de carga por um circuito sintonizado. Isso pode ser feito para limitar a largura de banda a uma banda estreita centrada em torno da frequência de operação pretendida. Mais importante, também permite que o circuito opere em frequências mais altas, pois o circuito sintonizado pode ser usado para ressonar qualquer intereletrodo e capacitâncias parasitas, que normalmente limitam a resposta de frequência. Emissores comuns também são comumente usados como amplificadores de baixo ruído .

Veja também

Referências

links externos

Simulação do circuito amplificador emissor comum ou simulação do amplificador transistor emissor comum
Configurações básicas do amplificador BJT
NPN Common Emitter Amplifier - HyperPhysics
ECE 327: Transistor Basics - Fornece um exemplo de circuito emissor comum com explicação.

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