Emitterfolger und Eingangsimpedanz

Ich entwerfe einen aktiven Bandpassfilter (unter Verwendung von nur BJTs, Spannungsquellen, Widerständen und Kondensatoren) mit den folgenden Eigenschaften:

  • Eckfrequenzen 8   kHz Und 800   kHz (Bandbreite ca 790   kHz )

  • 40   D B / D e C Roll-Off des LPF (Filter zweiter Ordnung)

  • 20   D B / D e C Roll-Off des HPF (Filter erster Ordnung)

  • Gewinn von ca 42   dB

  • Niedrige Eingangsimpedanz: ∼ 60   Ω (über einen weiten Frequenzbereich 80   Hertz − 80   MHz )

  • Hohe Ausgangsimpedanz: ∼ 50   k Ω (über einen weiten Frequenzbereich 80   Hertz − 80   MHz )

Ich dachte an die folgende einfache Eingangsstufe: Lassen Sie den Eingang über einen Widerstand ( R ' ) mit der gewünschten Eingangsimpedanz, gefolgt von einem Einheitsverstärkungspuffer (der eine hohe Impedanz hat und daher die Eingangsimpedanz nicht stark beeinflussen würde). Nehmen Sie dann die Ausgabe des Puffers und verarbeiten Sie sie durch einen HPF-Filter (und später durch LPF). Als ich jedoch versuchte, den Puffer mit Emitterfolger zu implementieren, stieß ich schnell auf einige Probleme.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Um eine richtige Vorspannung des Transistors herzustellen, müssen wir die Widerstände haben R 1 Und R 2 . Entscheidend ist ein Koppelkondensator C ich N erforderlich (sonst funktioniert die Schaltung nicht richtig - SPICE-Simulation ergibt extreme Dämpfung im Frequenzgang). Aber die Einführung dieses Kondensators schafft zwei ernsthafte Probleme:

  • Es wirkt sich auf die Eingangsimpedanz aus. Die Eingangsimpedanz ändert sich nun mit der Frequenz, und es ist schwierig, über einen so großen Frequenzbereich eine konstant niedrige Eingangsimpedanz aufrechtzuerhalten

  • Es fungiert als HPF-Filter und fügt daher einen weiteren Pol hinzu. Mit anderen Worten, wenn ich es haben möchte 20   D B / D e C roll-off Ich muss die HPF-Filterung des Pufferausgangs entfernen (was wiederum das Design der Schaltung vollständig ändert).

Welche Möglichkeiten gibt es, diese Probleme zu lösen, ohne die Schaltung zu verkomplizieren?

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Antworten (2)

Der Transistor ist ein Emitterfolger mit einer Verstärkung von nur etwa 1. Sie benötigen einen zweiten Transistor, um die Verstärkung von 42 dB bereitzustellen, was etwas mehr als dem 100-fachen entspricht.

Das Hochpassfilter führt eine Null bei ein F = 0 und eine Stange an F = F C (die Eckfrequenz des Hochpassfilters). Ein Pol und eine Null kompensieren sich gegenseitig, was zu einem flachen Frequenzgang innerhalb des Frequenzbands führt.

Die Eckfrequenz F C wird bestimmt durch C ich N , und der Parallelwiderstand von R 1 Und R 2 (und für einen kleinen Teil der Widerstand, der an der Basis des BJT zu sehen ist). Er kann durch Analyse des AC-Ersatzschaltbildes ermittelt werden.

  • Es wirkt sich auf die Eingangsimpedanz aus. Die Eingangsimpedanz ändert sich nun mit der Frequenz, und es ist schwierig, über einen so großen Frequenzbereich eine konstant niedrige Eingangsimpedanz aufrechtzuerhalten

"Innerhalb des Frequenzbandes" bedeutet z F > F C , in diesem Fall ist die Signalfrequenz so hoch, dass der Kondensator wie ein Kurzschluss im AC-Ersatzschaltkreis wirkt. Die Eingangsimpedanz ist daher im Bandpassbereich konstant und gleich dem Parallelwiderstand R ' , R 1 , R 2 und der Basiswiderstand des BJT (normalerweise sehr groß, weil er gebootstrapped ist).

  • Es fungiert als HPF-Filter und fügt daher einen weiteren Pol hinzu. Mit anderen Worten, wenn ich einen Abfall von 20 dB/dec haben möchte, muss ich die HPF-Filterung des Pufferausgangs entfernen (was wiederum das Design der Schaltung vollständig ändert).

Wie erläutert, die Null bei F = 0 wird eine Erhöhung von 20 dB/dec einführen, und dann den Pol bei F = F C wird es wieder mit 20 dB/dec verringern, sodass der Nettoeffekt 0 dB/dec beträgt.

  • Niedrige Eingangsimpedanz: ∼60 Ω (über einen weiten Frequenzbereich von 80 Hz bis 80 MHz)
  • Hohe Ausgangsimpedanz: ∼50 kΩ (über einen weiten Frequenzbereich von 80 Hz bis 80 MHz)

Ich bezweifle jedoch, dass die erforderlichen Spezifikationen von Ihnen verlangen, dass Sie für eine kleine Eingangsimpedanz und eine große Ausgangsimpedanz entwerfen. Typischerweise versucht eine Schaltung mit gemeinsamem Kollektor/Emitterfolger/Puffer das Gegenteil zu erreichen: hohe Eingangsimpedanz und niedrige Ausgangsimpedanz.

Danke. 1) "Die Eingangsimpedanz ist daher im Bandpassbereich konstant und gleich dem Parallelwiderstand" - in der Tat, aber beachten Sie, dass die Eingangsimpedanz in einem viel größeren Bereich als die Bandbreite konstant sein muss. Es ist also schwierig. 2) "Ich bezweifle, dass die erforderlichen Spezifikationen möchten, dass Sie für eine kleine Eingangsimpedanz und eine große Ausgangsimpedanz entwerfen" - ich weiß, aber ich sehe keine andere Möglichkeit, die Anforderungen zu erfüllen (ich weiß, dass normalerweise die Eingangsimpedanz sollte hoch und die Ausgangsimpedanz niedrig sein, aber hier wird bewusst das Gegenteil gefordert).
"Der Hochpassfilter führt bei f = 0 eine Null ein" - Ich bin mir nicht sicher, wie das zustande kommt, aber ich werde es überprüfen. Trotzdem danke.
Ich würde versuchen, den Kondensator im Vergleich zu vernachlässigbar zu machen R ' . Wenn R ' ist klein genug ( ≈ 60 Ω ), dann wird ein großer Parallelwiderstand die Eingangsimpedanz nicht wesentlich beeinflussen.
Emitterfolger und Eingangsimpedanz
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