tem diferentes tipos de amplificadores de transistor operado usando uma entrada de sinal AC. Isso é trocado entre o valor positivo e o valor negativo, portanto, esta é a única forma de apresentar o emissor comum circuito amplificador para funcionar entre dois valores de pico. Este processo é conhecido como amplificador de polarização e é um projeto de amplificador importante para estabelecer o ponto de operação exato de um amplificador a transistor que está pronto para receber os sinais, portanto, pode reduzir qualquer distorção no sinal de saída. Neste artigo, discutiremos a análise de amplificador de emissor comum.
O que é um amplificador?
O amplificador é um circuito eletrônico usado para aumentar a força de um sinal de entrada fraco em termos de tensão, corrente ou potência. O processo de aumentar a força de um sinal fraco é conhecido como amplificação. Uma restrição mais importante durante a amplificação é que apenas a magnitude do sinal deve aumentar e não deve haver mudanças na forma original do sinal. O transistor (BJT, FET) é o principal componente de um sistema amplificador. Quando um transistor é usado como amplificador, o primeiro passo é escolher uma configuração apropriada, na qual o dispositivo será usado. Então, o transistor deve ser polarizado para obter o ponto Q desejado. O sinal é aplicado à entrada do amplificador e o ganho de saída é obtido.
O que é um amplificador emissor comum?
O amplificador emissor comum é um único estágio básico de três transistor de junção bipolar e é usado como um amplificador de tensão. A entrada deste amplificador é obtida do terminal base, a saída é coletada do terminal coletor e o terminal emissor é comum para ambos os terminais. O símbolo básico do amplificador emissor comum é mostrado abaixo.
Amplificador emissor comum
Configuração de amplificador emissor comum
No projeto de circuito eletrônico, existem três tipos de configurações de transistor que são usadas como emissor comum, base comum e coletor comum, sendo que o mais frequentemente usado é o emissor comum devido aos seus atributos principais.
Este tipo de amplificador inclui o sinal que é dado ao terminal de base e a saída é recebida do terminal coletor do circuito. Mas, como o nome sugere, o principal atributo do circuito emissor é familiar tanto para a entrada quanto para a saída.
A configuração de um transistor emissor comum é amplamente utilizada na maioria dos projetos de circuitos eletrônicos. Essa configuração é igualmente apropriada para ambos os transistores, como transistores PNP e NPN, mas os transistores NPN são usados com mais frequência devido ao uso generalizado desses transistores.
Na configuração de amplificador de emissor comum, o emissor de um BJT é comum para o sinal de entrada e saída, conforme mostrado abaixo. O arranjo é o mesmo para um Transistor PNP , mas a polarização será oposta ao transistor NPN w.r.t.
Configurações do amplificador CE
Operação do amplificador emissor comum
Quando um sinal é aplicado através da junção emissor-base, a polarização direta através dessa junção aumenta durante a metade superior do ciclo. Isso leva a um aumento no fluxo de elétrons do emissor para um coletor através da base, aumentando assim a corrente do coletor. O aumento da corrente do coletor provoca mais quedas de tensão no resistor de carga do coletor RC.
Operação do amplificador CE
O meio ciclo negativo diminui a tensão de polarização direta na junção de base do emissor. A diminuição da tensão de base do coletor diminui a corrente do coletor em todo o resistor do coletor Rc. Assim, o resistor de carga amplificado aparece através do resistor do coletor. O circuito amplificador de emissor comum é mostrado acima.
A partir das formas de onda de tensão para o circuito CE mostrado na Fig. (B), é visto que há uma mudança de fase de 180 graus entre as formas de onda de entrada e saída.
Trabalho do amplificador emissor comum
O diagrama de circuito abaixo mostra o funcionamento do circuito amplificador emissor comum e consiste em divisor de tensão polarização, usada para fornecer a tensão de polarização da base conforme a necessidade. A polarização do divisor de tensão tem um divisor de potencial com dois resistores conectados de forma que o ponto médio seja usado para fornecer a tensão de polarização da base.
Circuito amplificador emissor comum
Existem diferentes tipos de componentes eletrônicos no amplificador emissor comum que é o resistor R1 é usado para polarização direta, o resistor R2 é usado para o desenvolvimento de polarização, o resistor RL é usado na saída, é chamado de resistência de carga. O resistor RE é usado para estabilidade térmica. O capacitor C1 é usado para separar os sinais AC da tensão de polarização DC e o capacitor é conhecido como o capacitor de acoplamento .
A figura mostra que as características do transistor amplificador emissor comum de polarização vs ganho, se o resistor R2 aumentar, haverá um aumento na polarização direta e a polarização R1 e a polarização serão inversamente proporcionais entre si. O corrente alternada é aplicado à base do transistor do circuito amplificador emissor comum, então há um fluxo de pequena corrente de base. Portanto, há uma grande quantidade de fluxo de corrente através do coletor com a ajuda da resistência RC. A tensão perto da resistência RC mudará porque o valor é muito alto e os valores vão de 4 a 10kohm. Conseqüentemente, há uma grande quantidade de corrente presente no circuito coletor que é amplificada a partir do sinal fraco, portanto, os transistores emissores comuns funcionam como um circuito amplificador.
Ganho de tensão do amplificador emissor comum
O ganho de corrente do amplificador emissor comum é definido como a relação entre a mudança na corrente do coletor e a mudança na corrente base. O ganho de tensão é definido como o produto do ganho de corrente e a relação entre a resistência de saída do coletor e a resistência de entrada dos circuitos básicos. As seguintes equações mostram a expressão matemática do ganho de tensão e do ganho de corrente.
β = ΔIc / ΔIb
Av = β Rc / Rb
Elementos de circuito e suas funções
Os elementos de circuito amplificador de emissor comum e suas funções são discutidos abaixo.
Circuito de polarização / divisor de tensão
As resistências R1, R2 e RE usadas para formar o polarização de tensão e circuito de estabilização . O circuito de polarização precisa estabelecer um ponto Q operacional adequado, caso contrário, uma parte do meio ciclo negativo do sinal pode ser interrompida na saída.
Capacitor de entrada (C1)
O capacitor C1 é usado para acoplar o sinal ao terminal base do BJT. Se não estiver lá, a resistência da fonte do sinal, Rs, virá com R2 e, portanto, mudará a polarização. C1 permite que apenas o sinal AC flua, mas isola a fonte do sinal de R2
Capacitor de Bypass do Emissor (CE)
Um capacitor de desvio de emissor CE é usado em paralelo com RE para fornecer um caminho de baixa reatância para o sinal AC amplificado. Se não for usado, o sinal de CA amplificado seguido por RE causará uma queda de tensão nele, diminuindo assim a tensão de saída.
Capacitor de acoplamento (C2)
O capacitor de acoplamento C2 acopla um estágio de amplificação ao próximo estágio. Esta técnica é usada para isolar as configurações de polarização DC dos dois circuitos acoplados.
Correntes do circuito amplificador CE
Corrente de base iB = IB + ib onde,
IB = corrente de base DC quando nenhum sinal é aplicado.
ib = base AC quando o sinal AC é aplicado e iB = corrente base total.
Corrente do coletor iC = IC + ic onde,
iC = corrente total do coletor.
IC = corrente do coletor de sinal zero.
ic = corrente do coletor AC quando o sinal AC é aplicado.
Emissor Atual iE = IE + ie onde,
IE = corrente do emissor do sinal zero.
Ie = corrente do emissor CA quando o sinal CA é aplicado.
iE = corrente total do emissor.
Análise de amplificador emissor comum
A primeira etapa na análise AC do circuito amplificador do emissor comum é desenhar o circuito equivalente AC, reduzindo todas as fontes DC a zero e colocando em curto todos os capacitores. A figura abaixo mostra o circuito equivalente CA.
Circuito AC Equivalente para Amplificador CE
O próximo passo na análise AC é desenhar um circuito de parâmetro h substituindo o transistor no circuito equivalente AC por seu modelo de parâmetro h. A figura abaixo mostra o circuito equivalente do parâmetro h para o circuito CE.
Circuito equivalente de parâmetro h para amplificador emissor comum
O desempenho típico do circuito CE é resumido abaixo:
- Impedância de entrada do dispositivo, Zb = hie
- Impedância de entrada do circuito, Zi = R1 || R2 || Zb
- Impedância de saída do dispositivo, Zc = 1 / enxada
- Impedância de saída do circuito, Zo = RC || ZC ≈ RC
- Ganho de tensão do circuito, Av = -hfe / hie * (Rc || RL)
- Ganho de corrente do circuito, AI = hfe. RC. Rb / (Rc + RL) (Rc + hie)
- Ganho de potência do circuito, Ap = Av * Ai
Resposta de frequência do amplificador CE
O ganho de tensão de um amplificador CE varia com a frequência do sinal. É porque a reatância dos capacitores no circuito muda com a frequência do sinal e, portanto, afeta a tensão de saída. A curva desenhada entre o ganho de tensão e a frequência do sinal de um amplificador é conhecida como resposta de frequência. A figura abaixo mostra a resposta de frequência de um amplificador CE típico.
Resposta de frequência
No gráfico acima, observamos que o ganho de tensão cai nas frequências baixas (FH), enquanto é constante na faixa de frequências médias (FL a FH).
Em baixas frequências (
Além disso, o CE não pode desviar o RE efetivamente por causa de sua grande reatância em baixas frequências. Esses dois fatores causam uma queda no ganho de tensão em baixas frequências.
Em altas frequências (> FH) A reatância do capacitor de acoplamento C2 é muito pequena e se comporta como um curto-circuito. Isso aumenta o efeito de carregamento do estágio do amplificador e serve para reduzir o ganho de tensão.
Além disso, em altas frequências, a reatância capacitiva da junção de emissores de base é baixa, o que aumenta a corrente de base. Essa frequência reduz o fator de amplificação β da corrente. Devido a esses dois motivos, o ganho de tensão cai em alta frequência.
Em frequências médias (FL a FH) O ganho de tensão do amplificador é constante. O efeito do capacitor de acoplamento C2 nesta faixa de frequência é de modo a manter um ganho de tensão constante. Assim, à medida que a frequência aumenta nesta faixa, a reatância do CC diminui, o que tende a aumentar o ganho.
No entanto, ao mesmo tempo, uma reatância mais baixa significa que os mais altos quase se cancelam, resultando em um justo uniforme nas frequências médias.
Podemos observar que a resposta de frequência de qualquer circuito amplificador é a diferença em seu desempenho por meio de mudanças na frequência do sinal de entrada, pois mostra as bandas de frequência onde a saída permanece razoavelmente estável. A largura de banda do circuito pode ser definida como a faixa de frequência pequena ou grande entre ƒH e ƒL.
Portanto, a partir disso, podemos decidir o ganho de tensão para qualquer entrada senoidal em uma determinada faixa de frequência. A resposta de frequência de uma apresentação logarítmica é o diagrama de Bode. A maioria dos amplificadores de áudio tem uma resposta de frequência plana que varia de 20 Hz a 20 kHz. Para um amplificador de áudio, a faixa de frequência é conhecida como largura de banda.
Os pontos de frequência como ƒL e ƒH estão relacionados ao canto inferior e ao canto superior do amplificador, que são as quedas de ganho dos circuitos nas frequências altas e baixas. Esses pontos de frequência também são conhecidos como pontos de decibéis. Portanto, o BW pode ser definido como
BW = fH - fL
O dB (decibel) é 1/10 de um B (bel), é uma unidade não linear familiar para medir o ganho e é definido como 20log10 (A). Aqui, 'A' é o ganho decimal que é traçado sobre o eixo y.
A saída máxima pode ser obtida por meio de decibéis zero, que se comunicam em direção a uma função de magnitude da unidade, caso contrário, ocorre uma vez Vout = Vin quando não há redução neste nível de frequência, então
VOUT / VIN = 1, então 20log (1) = 0dB
Podemos notar no gráfico acima, a saída nos dois pontos de freqüência de corte diminuirá de 0dB para -3dB e continuará a cair a uma taxa fixa. Essa redução no ganho é comumente conhecida como a seção de roll-off da curva de resposta de frequência. Em todos os circuitos básicos de filtro e amplificador, essa taxa de roll-off pode ser definida como 20dB / década, que é igual a uma taxa de 6dB / oitava. Portanto, a ordem do circuito é multiplicada por esses valores.
Esses pontos de frequência de corte de -3dB descreverão a frequência em que o ganho o / p pode ser diminuído para 70% de seu valor máximo. Depois disso, podemos dizer com propriedade que o ponto de frequência é também a frequência na qual o ganho do sistema foi reduzido para 0,7 de seu valor máximo.
Amplificador Transistor Emissor Comum
O diagrama de circuito do amplificador de transistor emissor comum tem uma configuração comum e é um formato padrão de circuito de transistor, enquanto o ganho de tensão é desejado. O amplificador emissor comum também é convertido como um amplificador inversor. O diferentes tipos de configurações no transistor amplificadores são base comum e o transistor coletor comum e a figura são mostrados nos circuitos a seguir.
Amplificador Transistor Emissor Comum
Características do amplificador emissor comum
- O ganho de tensão de um amplificador emissor comum é médio
- O ganho de potência é alto no amplificador emissor comum
- Existe uma relação de fase de 180 graus na entrada e saída
- No amplificador emissor comum, os resistores de entrada e saída são médios.
O gráfico de características entre o bias e o ganho é mostrado abaixo.
Características
Tensão de polarização do transistor
O Vcc (tensão de alimentação) determinará o máximo Ic (corrente do coletor) uma vez que o transistor seja ativado. O Ib (corrente de base) para o transistor pode ser encontrado a partir do Ic (corrente de coletor) e do ganho de corrente DC β (Beta) do transistor.
VB = VCC R2 / R1 + R2
Valor Beta
Às vezes, 'β' é referido como 'hFE' que é o ganho de corrente direta do transistor dentro da configuração CE. Beta (β) é uma razão fixa das duas correntes, como Ic e Ib, portanto, não contém unidades. Portanto, uma pequena mudança na corrente base causará uma grande mudança na corrente do coletor.
O mesmo tipo de transistores, bem como seu número de peça, conterá grandes mudanças dentro de seus valores ‘β’. Por exemplo, o transistor NPN como BC107 inclui um valor Beta (ganho de corrente DC entre 110 - 450 com base na folha de dados. Portanto, um transistor pode incluir um valor 110 Beta enquanto outro pode incluir um valor Beta 450, no entanto, ambos os transistores são Transistores NPN BC107 porque Beta é uma característica da estrutura do transistor, mas não de sua função.
Quando a base ou junção do emissor do transistor é conectada polarização direta, então a voltagem do emissor 'Ve' será uma única junção onde a queda de voltagem é diferente da voltagem do terminal da Base. A corrente do emissor (Ie) nada mais é do que a voltagem no resistor do emissor. Isso pode ser calculado simplesmente pela Lei de Ohm. O 'Ic' (corrente do coletor) pode ser aproximado, pois é aproximadamente um valor semelhante à corrente do emissor.
Impedância de entrada e saída do amplificador emissor comum
Em qualquer projeto de circuito eletrônico, os níveis de impedância são um dos principais atributos que devem ser considerados. O valor da impedância de entrada é normalmente na região de 1kΩ, embora isso possa diferir significativamente com base nas condições, bem como nos valores do circuito. A menor impedância de entrada resultará do fato de que a entrada é fornecida pelos dois terminais da base e do emissor do tipo transistor, porque há uma junção polarizada para frente.
Além disso, a impedância o / p é comparativamente alta porque varia significativamente novamente nos valores dos valores do componente eletrônico selecionado e nos níveis de corrente permitidos. A impedância o / p é de no mínimo 10kΩ, caso contrário, possivelmente alta. Mas se o dreno de corrente permitir que altos níveis de corrente sejam drenados, a impedância de o / p será reduzida significativamente. O nível de impedância ou resistência vem do fato de que a saída é usada do terminal do coletor porque há uma junção polarizada reversa.
Amplificador emissor comum de estágio único
O amplificador emissor comum de estágio único é mostrado abaixo e diferentes elementos de circuito com suas funções são descritos abaixo.
Circuito de polarização
Os circuitos como polarização, bem como estabilização podem ser formados com resistências como R1, R2 e RE
Capacitância de entrada (Cin)
A capacitância de entrada pode ser denotada com 'Cin', que é usado para combinar o sinal em direção ao terminal de base do transistor.
Se esta capacitância não for usada, então a resistência da fonte de sinal se aproximará através do resistor 'R2' para alterar a polarização. Este capacitor permitirá simplesmente o fornecimento de sinal AC.
Capacitor de Bypass do Emissor (CE)
A conexão do capacitor de desvio do emissor pode ser feita em paralelo com RE para fornecer uma faixa de baixa reatância em direção ao sinal AC amplificado. Se não for utilizado, o sinal de CA amplificado fluirá por RE para causar uma queda de voltagem através dele, de modo que a voltagem o / p pode ser alterada.
Capacitor de acoplamento (C)
Este capacitor de acoplamento é usado principalmente para combinar o sinal amplificado em direção ao dispositivo o / p de forma que ele permita o fornecimento de sinal CA simplesmente.
Trabalhando
Uma vez que um sinal CA de entrada fraco é fornecido em direção ao terminal de base do transistor, então uma pequena quantidade de corrente de base fornecerá, por causa desse transistor agir, CA alta. a corrente fluirá por toda a carga do coletor (RC), de modo que a alta tensão possa aparecer na carga do coletor, bem como na saída. Assim, um sinal fraco é aplicado ao terminal de base que aparece na forma amplificada dentro do circuito coletor. O ganho de tensão do amplificador como Av é a relação entre as tensões de entrada e saída amplificadas.
Resposta de frequência e largura de banda
O ganho de tensão do amplificador como Av para várias frequências de entrada pode ser concluído. Suas características podem ser desenhadas em ambos os eixos, como uma frequência no eixo X, enquanto o ganho de tensão está no eixo Y. O gráfico da resposta de frequência pode ser obtido, o que é mostrado nas características. Portanto, podemos observar que o ganho deste amplificador pode ser diminuído em frequências muito altas e baixas, porém, ele se mantém estável em uma ampla faixa de área de frequências médias.
A fL ou frequência de corte baixa pode ser definida como quando a frequência está abaixo de 1. A faixa de frequência pode ser decidida na qual o ganho do amplificador é o dobro do ganho da frequência média.
O fL (frequência de corte superior) pode ser definido como quando a frequência está na faixa alta na qual o ganho do amplificador é 1 / √2 vezes o ganho da frequência média.
A largura de banda pode ser definida como o intervalo de frequência entre as frequências de corte inferior e superior.
BW = fU - fL
Teoria de experimento de amplificador emissor comum
A principal intenção deste amplificador transistor NPN CE é investigar seu funcionamento.
O amplificador CE é uma das principais configurações de um amplificador de transistor. Neste teste, o aluno projetará e examinará um amplificador transistor NPN CE fundamental. Suponha que o aluno tenha algum conhecimento sobre a teoria do amplificador de transistor, como o uso de circuitos equivalentes AC. Assim, estima-se que o aluno projete seu próprio processo para realizar o experimento no laboratório, uma vez que a análise pré-laboratório esteja completa, ele pode analisar e resumir os resultados do experimento no relatório.
Os componentes necessários são transistores NPN - 2N3904 e 2N2222), VBE = 0,7V, Beta = 100, r’e = 25mv / IE na análise do Pré-laboratório.
Pré-laboratório
De acordo com o diagrama do circuito, calcule os parâmetros DC como Ve, IE, VC, VB e VCE com técnica aproximada. Esboce o circuito CA equivalente e calcule Av (ganho de tensão), Zi (impedância de entrada) e Zo (impedância de saída). Também esboce as formas de onda compostas previsíveis em pontos diferentes como A, B, C, D e E dentro do circuito. No ponto 'A', assumindo Vin como pico de 100 mv, onda senoidal com 5 kHz.
Para um amplificador de tensão, desenhe o circuito com a impedância de entrada, uma fonte de tensão que é dependente, bem como a impedância de o / p
Meça o valor da impedância de entrada como Zi através da inserção de um resistor de teste dentro de uma série por meio dos sinais de entrada em direção ao amplificador e meça quanto o sinal do gerador CA aparecerá realmente na entrada do amplificador.
Para determinar a impedância de saída, remova o resistor de carga momentaneamente e calcule a tensão AC o / p sem carga. Depois disso, coloque de volta o resistor de carga e meça novamente a tensão AC o / p. Para determinar a impedância de saída, essas medições podem ser usadas.
Experiência em laboratório
Projete o circuito de acordo e verifique todos os cálculos acima. Utilize acoplamento DC, bem como traço duplo no osciloscópio. Após essa retirada, o emissor comum momentaneamente e novamente meça a tensão o / p. Avalie os resultados usando seus cálculos pré-laboratório.
Vantagens
As vantagens de um amplificador emissor comum incluem o seguinte.
- O amplificador emissor comum tem uma impedância de entrada baixa e é um amplificador inversor
- A impedância de saída deste amplificador é alta
- Este amplificador tem o maior ganho de potência quando combinado com média tensão e ganho de corrente
- O ganho atual do amplificador emissor comum é alto
Desvantagens
As desvantagens de um amplificador emissor comum incluem o seguinte.
- Nas altas frequências, o amplificador emissor comum não responde
- O ganho de tensão deste amplificador é instável
- A resistência de saída é muito alta nesses amplificadores
- Nestes amplificadores, há uma alta instabilidade térmica
- Alta resistência de saída
Formulários
As aplicações de um amplificador emissor comum incluem o seguinte.
- Os amplificadores emissores comuns são usados nos amplificadores de tensão de baixa frequência.
- Esses amplificadores são usados normalmente em circuitos de RF.
- Em geral, os amplificadores são usados nos amplificadores de baixo ruído
- O circuito emissor comum é popular porque é adequado para amplificação de tensão, especialmente em baixas frequências.
- Amplificadores de emissor comum também são usados em circuitos de transceptores de radiofrequência.
- Configuração de emissor comum comumente usada em amplificadores de baixo ruído.
Este artigo discute o funcionamento do amplificador emissor comum o circuito. Ao ler as informações acima, você tem uma ideia sobre esse conceito. Além disso, qualquer dúvida a respeito disso ou se você quiser para implementar projetos elétricos , sinta-se à vontade para comentar na seção abaixo. Aqui está a pergunta para você, qual é a função do amplificador de emissor comum?
