BJT Yükselteç: Küçük Sinyal Analizi, Ortak Emetör, Ortak Kollektör ve Ortak Baz

Fikir: Q noktası bir tepe, sinyal o tepede bir dalgacık#

BJT kutuplama yazısında transistörü yük doğrusunun ortasına oturttuk. Şimdi tabana birkaç milivoltluk bir sinyal ekliyoruz. VBE 1 mV oynadığında IC yaklaşık %4 oynar; bu akım RC üstünde kendi geriliminin onlarca katı büyüklükte bir gerilim değişimi yaratır. Yükseltme budur: küçük bir gerilim, üstel bir eğri üzerinden büyük bir akım değişimine, o da bir direnç üzerinden büyük bir gerilim değişimine çevrilir. Enerji sinyalden değil, beslemeden gelir; sinyal yalnızca musluğu oynatır.

İlk kural: DC ve AC'yi ayrı çöz (süperpozisyon)#

Hibrit-π modeli: üç sayı, hepsi IC'den#

Ortak emetör (CE): kazancın kendisi#

Çözümlü örnek 1: ±5 V beslemeli CE

Ders notlarımdaki soru: VCC = +5 V, VEE = −5 V, RB = 100 kΩ (tabandan toprağa), RE = 5 kΩ (köprülü), RC = 2 kΩ, β = 100, VA = 100 V.

Çözümlü örnek 2: RB ile kutuplanmış CE

Diğer ders örneği: VCC = 12 V, RB = 400 kΩ, RC = 2,2 kΩ, RE = 0,5 kΩ (köprülü), RL = 2,2 kΩ, β = 100. DC'de IB = 11,3 / (400k + 101 × 0,5k) = 25 µA, IC = 2,5 mA, VCE = 12 − 2,5m × 2,2k − 2,53m × 0,5k ≈ 5,2 V. AC'de hie = 100 × 26 mV / 2,5 mA = 1,04 kΩ, Av = −100 × (2,2k ∥ 2,2k) / 1,04k = −106, Rin = 400k ∥ 1,04k ≈ 1,04 kΩ.

Kazancı bilerek düşürmek: emetör geri beslemesi#

Tam köprülü CE'nin üç sorunu var. Kazancı gm'e, yani IC'ye, dolayısıyla β'ya ve sıcaklığa bağlı. Giriş direnci düşük (rπ birkaç kΩ). En kötüsü: iC = IS·e^vBE/VT üstel olduğu için, tabandaki sinyal 5–10 mV'u geçince pozitif yarı negatif yarıdan fazla kazanç görür ve dalga şekli bozulur. Çözüm, RE'nin bir kısmını (RE1) köprüsüz bırakmaktır.

Sonuç neredeyse yalnızca iki direncin oranı: β, sıcaklık, parça farkı neredeyse kayboldu. Emetördeki gerilim tabandaki sinyali takip edip VBE'nin değişimini küçülttüğü için bozulma da azalır, giriş direnci (β+1)·RE1 kadar büyür. Bedeli kazançtır. Bu, opamplarla göreceğin genel kuralın ilk örneği: negatif geri besleme kazancı, kararlılıkla takas eder.

Küçük sinyal yükselteç tezgâhı

CANLI SİMÜLATÖR

Mavi giriş, yeşil gerçek çıkış (üstel transistör eğrisi ve kırpılmayla), kesikli turuncu ideal doğrusal çıkış. Görevleri sırayla dene: önce bozulmayı gör, sonra RE1 ile düzelt, sonra β'yı değiştirip hangi devrenin umursamadığına bak.

Bu simülatör JavaScript ile çalışır; tarayıcında JavaScript kapalı görünüyor.

Ortak kollektör ve ortak baz#

Transistörün üç ucundan biri AC'de toprağa bağlanır ve hangisi olduğu yapının adını verir. Girişin tabana mı emetöre mi girdiği, çıkışın kollektörden mi emetörden mi alındığı her şeyi değiştirir.

Yapı	Giriş → çıkış	Gerilim kazancı	Giriş direnci	Çıkış direnci	Ne için
Ortak emetör (CE)	B → C	yüksek, ters (−gm·RC)	orta (rπ)	yüksek (RC)	ana kazanç katı
Ortak kollektör (CC, emetör izleyici)	B → E	≈ 1, aynı faz	çok yüksek ((β+1)·RE)	çok düşük (≈ re)	tampon, düşük yükü sürmek
Ortak baz (CB)	E → C	yüksek, aynı faz (+gm·RC)	çok düşük (≈ re)	yüksek	yüksek frekans, kaskod, akım tamponu

Emetör izleyici gerilim kazancı vermez ama akım kazancı verir: yüksek empedanslı bir kaynağı (ör. 10 kΩ'luk bir CE çıkışı) bir hoparlöre ya da 100 Ω'luk bir kabloya bağlarsan sinyal çöker; arada bir izleyici olursa yük, tabandan (β+1) kat büyük görünür. Simülatörün son görevi 100 Ω'luk bir yükü sürüyor; negatif yarıda emetör akımı sıfıra inince oluşan kırpılmaya bak. Bu sorunu güç yükselteçleri yazısında itme-çekme (push-pull) ile çözeceğiz.

AC yük doğrusu ve en büyük salınım#

DC yük doğrusunun eğimi −1/(RC + RE) idi. AC'de RE köprülü, RL de RC'ye paralel: AC yük doğrusu Q noktasından geçer ama eğimi −1/(RC ∥ RL), daha diktir. Çıkış iki duvara çarpabilir: aşağıda VCE ≈ 0,2 V (doyum), yukarıda IC = 0 (kesim, VCE = VCEQ + ICQ·(RC∥RL)). Simetrik en büyük salınım, ikisinden küçük olanıdır. 12 V'luk ders örneğinde doyuma 5 V, kesime 2,5 mA × 1,1 kΩ = 2,75 V pay var: çıkış ±2,75 V'ta üstten kırpılır, Q noktası bu yük için ideal değildir.

Tek bir katın kazancı ve dirençleri her zaman uzlaşmadır. Yüksek kazanç, yüksek giriş direnci ve düşük çıkış direncini birlikte istiyorsan katları arka arkaya bağlarsın: çok katlı yükselteç, Darlington ve kaskod yazısı bunun hikâyesi.

Sık sorulan sorular#

Bu sayfada cevabını bulabileceğin aramalar#

İnsanlar bu konuyu genelde şu kelimelerle arıyor; hepsinin cevabı yukarıdaki yazıda ve simülatörde var:

Kaynaklar ve ileri okuma#

Bu yazıyı yazarken ve ders çalışırken baktığım kaynaklar. Bölüm numaraları baskıya göre değiştiği için konu adıyla ararsın.

• Microelectronics: Circuit Analysis and Design Donald A. Neamen"Basic BJT Amplifiers" bölümü: hibrit-π modeli, CE / CC / CB analizi, AC yük doğrusu ve en büyük salınım.
• Microelectronic Circuits Adel S. Sedra, Kenneth C. SmithKüçük sinyal modelleri, emetör dejenerasyonu ve geri beslemenin ilk sezgisi.
• Electronic Devices and Circuit Theory Robert L. Boylestad, Louis Nashelsky"BJT AC Analysis": re ve h-parametre modelleriyle aynı devrelerin çözümü.
• EEE311 ders notlarım: BJT küçük sinyal analizi±5 V (Av = −53,8) ve 12 V / RB 400k (hie = 1040 Ω) örnekleri buradan.
• The Art of Electronics Paul Horowitz, Winfield Hill"Transistors" bölümü: emetör izleyici, Ebers-Moll ile gerçek davranış, kuplaj kondansatörü seçimi.