Wozu dient der Bypass-Kondensator am Emitter eines Emitterverstärkers?

Es ist schwierig zu sehen, wo sich die negative Rückkopplung in einem Verstärker mit gemeinsamem Emitter befindet, aber bedenken Sie, was passiert, wenn der Emitterwiderstand nicht vorhanden ist, dh der Emitter direkt mit 0 Volt verbunden ist. Der Signaleingang in die Basis wird dann ein Eingang in eine geerdete und in Vorwärtsrichtung vorgespannte Diode.

Da der Basis-Emitter-Bereich eine Diode ist, erhalten Sie beim Erhöhen der Basisspannung (NPN-Transistor) die Eingangsimpedanzcharakteristik einer Diode: -

Bild aus der Hyperphysik entnommen und vereinfacht.

Sie sollten erkennen können, dass eine kleine Änderung der Basis-Emitter-Spannung eine große Änderung des Basisstroms um den 0,6-Volt-Bereich herum erzeugt.

Wenn sich also der Basisstrom von 2 uA auf 100 uA über den Basisspannungsbereich von 0,5 Volt bis 0,7 Volt ändert, versucht der Kollektorstrom, sich um einen hFE-mal höheren Wert zu ändern, dh er ändert sich von 200 uA auf 10 mA (unter der Annahme, dass der hFE des BJT 100 ist).

Wenn Sie einen 1-kOhm-Kollektorwiderstand und eine 15-Volt-Versorgung haben, beträgt die Anfangsspannung am Kollektor aufgrund der 0,5 Volt an der Basis: -

15 Volt - (200 uA x 1 kOhm) = 14,8 Volt.

Wenn die Basisspannung auf 0,7 Volt ansteigt, fällt die Kollektorspannung auf: -

15 Volt - (10 mA x 1 kOhm) = 5 Volt.

Auf den ersten Blick ist das eine Spannungsverstärkung von$\dfrac{14.8-5}{0.2}$= 49.

Hier ist also der erste Punkt - wir wollen nicht immer Spannungsstufen mit hoher Verstärkung und deshalb setzen wir einen Emitterwiderstand ein, und sobald der Kollektorstrom zu fließen versucht, erhöht dieser Emitterwiderstand die Emitterspannung und damit die Basis-Emitter-Spannung Beginnend daran gehindert zu werden, wie die zuvor erläuterte in Durchlassrichtung vorgespannte Diode zu wirken - in dieser Hinsicht handelt es sich um eine Gegenkopplung -, wenn versucht wird, zu viel Kollektorstrom zu fließen, wird die Basis-Emitter-Spannung verringert, so dass zu viel Kollektorstrom nicht fließen kann.

Eine Auswirkung davon ist, dass jetzt eine Signalspannung am Emitter zu sehen ist und diese Signalspannung praktisch die gleiche Signalspannung wie an der Basis wird, aber etwa 0,6 Volt DC niedriger ist (für einen NPN-Transistor). Schließlich ist es nur eine in Durchlassrichtung vorgespannte Diode in Reihe mit einem Emitterwiderstand, dh dies sollte nicht unerwartet sein.

Da nun vernünftigerweise gesagt werden kann, dass Emitter- und Kollektorströme gleich sind, neigt die Spannungsverstärkung der Schaltung dazu, Rc/Re zu werden, und wir haben keine starke Abhängigkeit der Spannungsverstärkung mehr von hFE und Temperatur (Vbe ändert sich mit der Temperatur bei - 2 mV pro °C).

Ein weiterer Vorteil eines Emitterwiderstands ist die daraus resultierende Verbesserung der Basiseingangsimpedanz. Ohne den Emitterwiderstand ist die Eingangsimpedanz die einer in Vorwärtsrichtung vorgespannten Diode, und diese ändert sich zyklisch (und stark nichtlinear) mit dem Signal, das der Vorspannung überlagert ist. Dies verursacht unvermeidlich eine Verzerrung dieses Signals.

Wenn der Emitterwiderstand vorhanden ist, wird jede Diodencharakteristik durch den Wert des Emitterwiderstands multipliziert mit der Stromverstärkung überschwemmt, daher wird bei einem Emitterwiderstand von 100 Ohm und einem Beta von 100 die auf die Basis projizierte Impedanz zu einer Diode in Reihe mit 10 kOhm.

Der Bypass-Kondensator ist ein Versuch, die Spannungsverstärkung für AC-Signale größer als die von Rc und Re eingestellte DC-Verstärkung zu machen. Es fügt Probleme hinzu und es löst einige Probleme und ist sehr viel ein gemischter Segen. Die Eingangsimpedanz für AC-Signale fällt ziemlich genau auf den Wert, wenn kein Emitterwiderstand verwendet wird.

Die Gegenkopplung besteht darin, dass bei steigendem Ausgangssignal auch der im Kollektor (und damit im Emitter) fließende Strom zunimmt. Wenn der Strom am Emitter ansteigt, steigt die Spannung an Re an und das Potential (Ve) des Emitters wird höher. Die Vbe des Transistors wird also niedriger: Vbe = Vb - Ve. Eine niedrigere Vbe führt zu einer niedrigeren Verstärkung. Das ist das negative Feedback. Wenn Sie diesen Kondensator auf Masse legen, verringern Sie diesen Effekt, da der Kondensator bei der Betriebsfrequenz eine niedrige Impedanz hat und parallel zu Re die gesamte Emitterimpedanz verringert, wodurch der Rückkopplungseffekt verringert wird.

Wozu dient der Bypass-Kondensator am Emitter eines Emitterfolgers in einem Verstärker?

seine AC-Verstärkung zu erhöhen, ohne die DC-Stabilität zu beeinträchtigen.

Der Transistor muss auf DC vorgespannt werden. R1 und R2 stellen die Basisspannung ein, somit stellt Re den Emitterstrom ein.

Dieser Vorspannungspunkt bestimmt das Gm des Transistors und somit sein dynamisches internal_re = 1/Gm. Wenn es um 24 mA vorgespannt ist, dann ist Gm = 1 A / V und internal_re = 1 Ohm.

Ohne die Bypass-Kappe wäre die Verstärkung dieses Transistors nun Rc/(Re+internal_re) und dies ist wahrscheinlich niedrig.

Das Reduzieren von Re zum Erhöhen der Verstärkung macht es schwieriger, den Bias-Strom bei DC zu steuern.

Das Umgehen von Re mit einer Kappe bietet eine Lösung: Die Kappe schließt AC-Signale kurz, sodass die AC-Verstärkung jetzt Rc/internal_re ist, was viel größer ist.

Da Re und die Bypass-Kappe die Verstärkung steuern, können Sie hier tatsächlich jedes gewünschte Netzwerk verwenden, um den Frequenzgang der Schaltung zu formen, nicht nur einen einfachen RC.