Effet du bootstrap dans le circuit amplificateur

13

J'essaie de comprendre ce circuit d'amplification "polarisation bootstrap". L'image ci-dessous est adaptée du livre "Transistor Techniques" de GJ Ritchie:

Schéma du circuit de polarisation bootstrap.

Ce circuit est une variante de la « diviseur de tension de polarisation », avec l'addition des composants « bootstrap » R3 et C . L'auteur explique que R3 et C sont utilisés pour obtenir une résistance d'entrée plus élevée. L'auteur explique ceci comme suit:

Avec l'ajout de composants d'amorçage ( et C ) et en supposant que C a une réactance négligeable aux fréquences du signal, la valeur AC de la résistance de l'émetteur est donnée par:R3CC

RE=RE||R1||R2

En pratique , cela représente une légère réduction .RE

Or, le gain en tension d'un émetteur suiveur avec une résistance d'émetteur est A = R ERE , qui est très proche de l'unité. Par conséquent, avec un signal d'entréevinappliqué à la base, le signal avec apparaît à l'émetteur (Avin) est appliqué à l'extrémité inférieure deR3. Par conséquent, la tension du signal apparaissant aux bornes de R3est(1-A)vin, très inférieure au signal d'entrée complet, etR3semble maintenant avoir une valeur effective (pour les signaux alternatifs) de:R3=A=REre+REvinAvinR3R3(1A)vinR3.R3=R31AR3

Pour essayer de comprendre cela, j'ai fait un modèle AC du circuit. Voici le modèle AC:

Modèle AC du circuit de polarisation bootstrap.

À partir du modèle AC, je peux vérifier l'affirmation de l'auteur selon laquelle la résistance de l'émetteur est et que la tension dans le nœud étiqueté V est légèrement inférieure à la tension d'entrée. Je peux également voir que la chute de tension aux bornes de R 3 (donnée par V i n - V ) sera très faible, ce qui signifie que R 3 tirera très peu de courant de l'entrée.RE||R1||R2R3VinVR3

Cependant, il y a 2 choses que je ne comprends toujours pas de cette explication:

1) Pourquoi peut-on simplement appliquer la formule du gain de tension émetteur-suiveur ( ) ici, en négligeant l'effet deR3?A=REre+RER3

2) Que signifie dire que le semble avoir une "valeur efficace" différente pour les signaux alternatifs? Je ne vois pas pourquoi R 3 changerait de valeur.R3R3

Merci d'avance.

Éditer

Afin de mieux comprendre le comportement de ce circuit, j'ai essayé de l'analyser en trouvant sa résistance d'entrée AC de deux manières. J'ai posté les deux tentatives comme réponse à cette question, pour référence.

favq
la source

Réponses:

16

Vous avez formulé de bonnes questions et je vous ai élevé pour cela.

Pour aborder (1) et (2), permettez-moi d'éviter le modèle de linéarisation des petits signaux et de simplement regarder le circuit lui-même en l'état. J'ai redessiné un peu le schéma. Pas tant parce que je pense que cela rendra les choses plus claires que votre propre schéma. Mais parce que le dessiner légèrement différemment pourrait déclencher une pensée différente:

schématique

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

Q1

CBOOTR1R2CBOOTRTH

R3R3C1R3

Pense. Si un changement de tension qui apparaît d'un côté d'une résistance correspond exactement au même changement de tension apparaissant de l'autre côté de cette résistance, alors combien de changement de courant se produit? Zéro, non? Cela n'a aucun effet.

C'est la magie de ce bootstrap!

R3R3Q1R3Q1

C'est vraiment sympa. Je n'envisagerais jamais d' utiliser ce type d'amplificateur de tension sans un bootstrap comme celui-ci. (Même si j'inclurais probablement une jambe de gain CA à l'émetteur aussi.) Trop bien pour si peu d'effort.

jonk
la source
Doit souligner que le bootstrapping est en fait une rétroaction positive. Cela peut augmenter le bruit et la distorsion du système. Il y a donc des cas où vous ne l'utiliseriez pas.
user110971
Réponse claire ... augmentée!
niki_t1
Bonne réponse! Vraiment facile à comprendre :)
Simon Maghiar
4

Étant donné que ce circuit d'amorçage est utilisé lorsqu'un amplificateur doit avoir une impédance d'entrée élevée (comme le souligne LvW), il est souvent utilisé lorsque la source de tension a également une impédance de source relativement élevée. Ainsi, "Vin" est souvent accompagné d'une résistance équivalente de Thevenin d'importance.
Dans un tel cas, vous pouvez avoir un "boost des basses" où la rétroaction positive à travers le condensateur conspire pour modifier la réponse en fréquence à l'extrémité basse fréquence où vous vous attendez à ce que l'effet d'amorçage diminue. Votre «modèle AC» ne tient pas compte de cet effet, car il élimine le condensateur.

schématique

simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab entrez la description de l'image ici

glen_geek
la source
1

1) R3 peut être négligé car - causé par l'effet bootstrap - il représente une très grande résistance R3´en parallèle à trois autres résistances parallèles.

2) Correct. R3 ne change pas sa valeur - cependant, comme vu de l'entrée - il apparaît agrandi dynamiquement (uniquement pour les signaux à appliquer, pas pour DC). Cela peut être vu dans l'expression pour R3´ = R3 / (1-A) avec A très proche de "1".

Ici, nous avons une rétroaction positive (facteur de rétroaction <1), qui modifie principalement l'impédance d'entrée. Le gain global ne change que peu.

LvW
la source
1

Je suis l'OP et ci-dessous est ma propre tentative d'analyser ce circuit (en trouvant sa résistance d'entrée).

rinviniin

  1. viniin=R31A(rπ+(β+1)(R2R1RE))

  2. viniin=(β+1)RER3+rπ(R3+RE)R3+rπ

L'expression 2 est obtenue à partir d'une analyse approfondie du modèle AC du circuit (que je pose dans la question). L'expression 1 utilise des hypothèses plus simplificatrices, mais elle donne plus d'intuition sur le comportement du circuit (voir la solution 1 ci-dessous).

Pour référence, voici mes tentatives pour trouver les deux expressions de la résistance d'entrée.

Solution 1

viniin=R31A(rπ+(β+1)(R2R1RE))

AVin

R3vinAvinR3=(1A)vinR3(1A)vinR3

vinibrπR3R2R1RER3(β+1)ibR2R1REvinrπibrπR2R1RE(β+1)ib(R2R1RE)

vin=ibrπ+(β+1)ib(R2R1RE)

rπ

ib=vinrπ+(β+1)(R2R1RE)

iinR3rπ

iin=(1A)vinR3+vinrπ+(β+1)(R2R1RE)

viniin

viniin=vin(1A)vinR3+vinrπ+(β+1)(R2R1RE)

viniin=1(1A)R3+1rπ+(β+1)(R2R1RE)

viniin=11R31A+1rπ+(β+1)(R2R1RE)

viniin=R31A(rπ+(β+1)(R2R1RE))

R31A

Solution 2

viniin=(β+1)RER3+rπ(R3+RE)R3+rπ

(β+1)ib

(β+1)ib=VR1+VR2+VRE+VvinR3

(β+1)ib=V(1R1+1R2+1RE)+VvinR3

1R1+1R2+1RE=RE

(β+1)ib=VRE+VvinR3

Vvinib

V=vinibrπ

V=vinibrπ

(β+1)ib=vinibrπRE+vinibrπvinR3

vin=ib[(β+1)RE+rπ+rπRER3]

vinV=vinibrπ

V=vinibrπ=ib[(β+1)RE+rπRER3]

iinrπR3

iin=ib+vinVR3

Vvinib

iin=ib+ibrπR3=ib(R3+rπR3)

iin=ib+ibrπR3=ib(R3+rπR3)

viniin

viniin=ib[(β+1)RE+rπ+rπRER3]ib(R3+rπR3)

viniin=((β+1)RER3+rπR3+rπRER3)(R3R3+rπ)

viniin=(β+1)RER3+rπ(R3+RE)R3+rπ

favq
la source