BJT Puzzler: émetteur commun ou suiveur d'émetteur?

Quelques membres de grande réputation ne sont pas d'accord sur ce point dans le contexte d'autres questions, j'ai donc pensé le publier comme une question distincte.

Question: Le NPN BJT dans ce circuit est-il configuré comme émetteur commun ou collecteur commun?

Notez que, peut-être exceptionnellement, le nœud S + est mis à la terre et le nœud S- est la sortie. «S» signifie ici sens, mais aux fins actuelles, il peut être interprété comme .$V_{out}$

Cela fait partie d'un circuit d'alimentation de banc DC, et ressemble à ceci au niveau du bloc. Notez que le symbole à la recherche de l'ampli op représente l'ensemble de l'amplificateur, pas spécifiquement l'ampli op LF411:

Résumé de l'ampli op à une source de tension de signal, je crois que ces deux sont chacun des dispositions alternatives pour visualiser le circuit. Je les ai délibérément disposés sous des formes rappelant respectivement l'émetteur commun classique et le collecteur commun (émetteur suiveur).

Je ne veux gâcher le plaisir pour personne, donc ma propre conclusion est dans la barre de spoiler ci-dessous. Faites rouler votre souris pour voir si vous aimez. Cela représente ma meilleure conclusion de travail. J'ai encore une once de doute dans mon esprit :)

Émetteur commun, plus précisément, émetteur mis à la terre. Le BJT ajoute un gain au circuit, proportionnel à la résistance de charge.

Les réponses doivent indiquer la justification de leur conclusion. Je pense que l'une des caractéristiques intéressantes des énigmes comme celle-ci est qu'elle oblige à creuser pour ce qui est essentiel dans la forme, pas seulement à la reconnaître sous une forme classique :)

Je n'allais pas répondre à cette question, car je l'avais déjà traversé avec une question précédente de l'OP (scanny). Mais, c'est devenu un tel gâchis, je ne peux pas m'en empêcher. Je veux dire, 1 bonne réponse sur 3 jusqu'à présent? Comment ce circuit est-il si déroutant? Nous y reviendrons, mais d'abord un peu d'histoire.

Quand j'ai vu ce circuit pour la première fois, j'en ai écrit une analyse en tant qu'émetteur adepte. Je n'ai pas vu le sol au début, car il était intelligemment dissimulé à la vue entre la référence d'entrée inverseuse U1 et$R_{\text{load}}$. Puis, dans un commentaire, Scanny a suggéré qu'il pensait que le circuit était un émetteur commun. De quoi parle-t-il? J'ai regardé à nouveau le circuit et j'ai fait une expérience mentale en faisant varier les tensions des nœuds et en réfléchissant à ce que cela devait signifier, et tout semblait encore agir comme un émetteur adepte, alors non. Mais scanny avait des observations supplémentaires sur le comportement qui n'avaient aucun sens pour un émetteur suiveur, mais qui avaient beaucoup de sens pour un émetteur commun. J'ai donc redessiné le circuit à partir de zéro pour approfondir les choses. Après avoir redessiné le circuit, j'ai réalisé que j'avais affaire à un idiot: moi à 1h du matin.

Voici une version annotée du circuit que j'ai eu à redessiner:

^{simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab}

Redessiner le circuit comme un modèle CA à petit signal m'a fait tout réorienter, et vraiment penser à V.unreg, V.ref, et où étaient tous les terrains. Le circuit résultant est clairement un émetteur commun.

Important à réaliser dans le circuit:

• La vraie référence est S + ou sol.
• V.unreg est différentiellement 45V, mais le mode commun flotte avec Q1-c.
• V.unreg et V.ref agissent comme des tensions de décalage.

Si vous comparez le changement de tension aux bornes de vu lorsque la sortie U1 est modulée dans ce circuit, au circuit d'origine, vous verrez que les deux circuits font la même chose.$R_{\text{load}}$

Mais pourquoi ce circuit a-t-il été si déroutant?

Bien que le schéma d'origine soit bien dessiné, l'orientation de Q1 et le placement relatif de V.unreg et sont très similaires à ceux que l'on pourrait attendre d'un étage de puissance émetteur suiveur. Une topologie d'émetteur suiveur est également attendue dans une application comme celle-ci (généralement, car l'émetteur commun a beaucoup plus de problèmes de stabilité).$R_{\text{load}}$

C'est une sorte de cadrage. Les gens, par accoutumance, se mettent au printemps pour voir d'abord un émetteur adepte. Une fois vu de cette façon, il y a déni d'autres points de vue.

Ici, redessinons le circuit, d'une autre manière différente mais équivalente.

^{simuler ce circuit}

Il est assez clair que tout est référencé à S +, V.unreg flotte et la tension à S- est modulée par Q1-c en changeant la tension de mode commun de V.unreg.

L'alimentation opamp est-elle référencée à S +? Si c'est le cas, le BJT est comme vous le dites dans la configuration d'émetteur commune et vous aurez des problèmes pour stabiliser la boucle de rétroaction.

Voici la partie pertinente du circuit redessiné: -

Il y a 45V sur le collecteur par rapport à S-.

La tension de l'émetteur fait ce que fait la sortie de l'ampli op (-0,7 volts plus bas), c'est-à-dire que c'est l'élément de contrôle et c'est un émetteur suiveur.

Si je dessinais le circuit avec S + comme sortie et S- étant appelé "masse", quelqu'un serait-il en désaccord sur le fait qu'il s'agit d'un collecteur commun: -

Ai-je fait une erreur dans cette conversion? Ma simulation (en utilisant V4) comme stimulus me donne les résultats que j'attendrais pour un collecteur commun mais malheureusement mon simulateur donne des résultats stupides si je permute UNIQUEMENT le sol et les étiquettes Vout donc c'est ennuyeux.

Voici les résultats selon le circuit ci-dessus: -

Le gain est de 12,146 dB de DC à bien au-dessus de 100 kHz, le point 3dB est de 1,246 MHz et l'angle de phase est de -71 degrés à cette fréquence. Est-ce que j'ai râté quelque chose? Suis-je aussi stupide (pas inconnu)?

Si j'ai câblé deux 7805 comme ceci: -

Est-ce que cela rend le 7805 inférieur instable? Il s'agit d'une connexion de circuit parfaitement valide et sur la figure 17 de la fiche technique de Fairchild, elle montre un exemple similaire: -

Il y a beaucoup de bon travail suggérant qu'il s'agit d'un émetteur commun, donc je commence à penser que j'ai peut-être raté quelque chose ici?

Si vous dessinez les équivalents CA à droite et omettez la plupart des polarisations, les amplificateurs CC et CE semblent presque identiques. (N'oubliez pas, idéalement, aucun courant ne circule dans la source de signal!)

^{simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab}

^{simuler ce circuit}

Mais bien sûr, ils ne sont pas identiques. Le biais DC importe aussi! N'oubliez pas que dans la région linéaire,$V_C > V_E$. Le modèle AC seul ne garantit pas cela. En regardant la direction du flux de courant DC + AC, la différence est claire:

^{simuler ce circuit}

^{simuler ce circuit}

Alors, voici comment faire la différence. Si le courant de charge circule du nœud collecteur vers le nœud émetteur, il s'agit d'un émetteur commun. Si le courant de charge circule du nœud émetteur vers le nœud collecteur, c'est le collecteur commun. Je pense que cette règle fonctionne tout le temps pour les sorties couplées en courant continu. Pour les sorties couplées AC, il fonctionne à la tension crête du collecteur / émetteur.

Quelle que soit la façon dont vous le dessinez, votre émetteur est connecté directement au côté haut de la sortie. Cela en fait un amplificateur à collecteur commun (émetteur suiveur).

EDIT: je vais simuler ceci:

^{simuler ce circuit}

Je ne sais pas, les gars, cela me ressemble énormément à un régulateur linéaire CC. La génération de tension de référence est bizarre, mais je ne vois pas comment cela change la topologie de base. Il y a une tension non régulée élevée à l'entrée, une tension régulée inférieure à la sortie et un transistor NPN entre les deux. S- est le nœud commun qui est partagé entre l'entrée et la sortie, et le courant circule de S + vers S-. La rétroaction négative est tirée de S +. Comment cela peut-il être autre chose qu'un émetteur adepte?

Peut-être que je manque quelque chose. Je vais réessayer avec le circuit ampli op remplacé par une source de tension continue (Vctrl). La question est maintenant de savoir quoi utiliser comme terre source? Je vais essayer S- d'abord:

^{simuler ce circuit}

J'ai balayé Vctrl de 0V à 47V et j'ai vu le comportement que j'attendrais d'un émetteur suiveur. Je vais maintenant essayer de référencer la source à S +:

^{simuler ce circuit}

Balayer Vctrl de 0V à 1V me donne maintenant beaucoup de gain sur la sortie. Je suppose que vous pourriez l'appeler inverser si vous échangez la polarité de sortie, donc je suppose que je peux voir pourquoi vous l'appelez CE. La principale différence semble être que dans le premier cas, je contrôle$V_{BE} + V_O$, et dans le deuxième cas, je contrôle seulement $V_{BE}$.

Si je considère que je contrôle $V_{BE}$avec la charge sur le collecteur, il commence alors à sonner plus comme un amplificateur à transconductance que n'importe quelle topologie d'amplificateur de tension habituelle. Je suppose que c'est ce que vous attendez d'un circuit à transistor nu. Mais la tension de sortie est constante ...

Il me manque quelque chose, mais je ne suis pas sûr de ce que c'est.