BJT Puzzler: Emettitore o seguace di emettitore comune?

Alcuni membri di alta reputazione non sono d'accordo su questo nel contesto di altre domande, quindi ho pensato di pubblicarlo come una domanda separata.

Domanda: NPN BJT in questo circuito è configurato come emettitore comune o collettore comune?

Si noti che, forse insolitamente, il nodo S + è ground e il nodo S è l'output. 'S' qui significa senso, ma per gli scopi attuali può essere interpretato come .$V_{out}$

Questo fa parte di un circuito di alimentazione da banco DC e si presenta così a livello di blocco. Nota che il simbolo dell'amplificatore operazionale rappresenta l'intero amplificatore, non specificamente l'amplificatore operazionale LF411:

Riassumendo l'amplificatore operazionale su una sorgente di tensione del segnale, credo che questi due siano ciascuno layout alternativo per la visualizzazione del circuito. Li ho volutamente disposti in forme che ricordano rispettivamente il classico emettitore comune e il collettore comune (seguace dell'emettitore).

Non voglio rovinare il divertimento per nessuno, quindi la mia conclusione è nella barra dello spoiler in basso. Fai rotolare con il mouse per vedere se ti piace. Questo rappresenta la mia migliore conclusione di lavoro. Ho ancora un briciolo di dubbi nella mia mente :)

Emettitore comune, più specificamente, emettitore collegato a terra. Il BJT aggiunge guadagno al circuito, proporzionale alla resistenza di carico.

Le risposte dovrebbero indicare la logica della loro conclusione. Penso che una delle caratteristiche interessanti di enigmi come questo sia quella di costringere a scavare per ciò che è essenziale nella forma, non solo riconoscerlo in forma classica :)

Non avrei risposto a questa domanda, dal momento che avevo già affrontato una precedente domanda dell'OP (truffa). Ma è diventato un tale casino, non posso farci niente. Voglio dire, 1 risposta corretta su 3 finora? In che modo questo circuito è così confuso? Ci arriveremo, ma prima un po 'di storia.

Quando ho visto questo circuito per la prima volta, ho scritto un'analisi su di esso come un seguace dell'emettitore. All'inizio non ho visto il terreno, poiché è stato abilmente nascosto in bella vista tra il riferimento di input invertito U1 e$R_{\text{load}}$. Quindi, in un commento, Scanny ha suggerito di pensare che il circuito fosse un emettitore comune. Di cosa sta parlando? Ho guardato di nuovo il circuito e ho fatto un esperimento mentale variando le tensioni dei nodi e pensando a cosa ciò dovesse significare, e tutto sembrava ancora agire come un seguace di emettitori, quindi nah. Ma la truffa aveva ulteriori osservazioni sul comportamento che non aveva alcun senso e che seguiva l'emettitore, ma aveva molto senso per un emettitore comune. Quindi, ho ridisegnato il circuito da zero per esaminare ulteriormente le cose. Dopo aver ridisegnato il circuito mi sono reso conto che avevo a che fare con un idiota: io all'una.

Ecco una versione annotata del circuito che ho ottenuto su Redraw:

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

Ridisegnare il circuito come un piccolo modello di segnale in corrente alternata mi ha fatto riorientare tutto e pensare davvero a V.unreg, V.ref e dove erano tutti i motivi. Il circuito risultante è chiaramente un emettitore comune.

Importante da realizzare nel circuito:

• Il vero riferimento è S + o terra.
• V.unreg è differentemente 45V, ma la modalità comune galleggia con Q1-c.
• Sia V.unreg che V.ref agiscono come tensioni di offset.

Se si confronta la variazione di tensione attraverso vista quando l'uscita U1 è modulata in questo circuito, con il circuito originale, vedrai che i due circuiti fanno la stessa cosa.$R_{\text{load}}$

Ma perché questo circuito è stato così confuso?

Sebbene lo schema originale sia ben disegnato, l'orientamento di Q1 e il posizionamento relativo di V.unreg e sono molto simili a quelli che ci si aspetterebbe da uno stadio di potenza del follower dell'emettitore. La topologia dei follower di emettitori è prevista anche in un'applicazione come questa (di solito, poiché l'emettitore comune ha molte più preoccupazioni di stabilità).$R_{\text{load}}$

È una specie di inquadratura. Le persone, per abitudine, vengono caricate a molla per vedere prima un seguace dell'emettitore. Una volta visto in quel modo, si negano altri punti di vista.

Qui, ridisegniamo il circuito, in un altro modo diverso, ma equivalente.

^{simula questo circuito}

È abbastanza chiaro che tutto è riferito a S +, V.unreg fluttua e la tensione su S- è modulata da Q1-c cambiando la tensione di modo comune di V.unreg.

L'alimentatore opamp è riferito a S +? In tal caso, BJT è come dici nella configurazione dell'emettitore comune e avrai problemi a stabilizzare il circuito di feedback.

Ecco la parte rilevante del circuito rielaborata: -

C'è 45 V sul collettore rispetto a S-.

La tensione dell'emettitore fa ciò che fa l'uscita dell'amplificatore operazionale (-0,7 volt in meno), ovvero è l'elemento di controllo ed è un seguace dell'emettitore.

Se avessi disegnato il circuito con S + come uscita e S- chiamato "terra", qualcuno non sarebbe d'accordo sul fatto che questo è un comune collettore: -

Ho fatto un errore in questa conversione? La mia simulazione (usando V4) come stimolo mi dà i risultati che mi aspetterei da un comune collezionista, ma sfortunatamente il mio simulatore sta dando risultati stupidi se cambio SOLO il terreno e le etichette Vout, quindi questo è fastidioso.

Ecco i risultati secondo il circuito sopra: -

Il guadagno è 12.146 dB da DC a ben oltre 100kHz, il punto 3dB è 1.246 MHz e l'angolo di fase è -71 gradi a questa frequenza. Mi sto perdendo qualcosa qui? Sono anche uno stupido (non inaudito)?

Se ho collegato due 7805 in questo modo: -

Rende instabile il fondo 7805? Si tratta di un collegamento di circuito perfettamente valido e nella figura 17 della scheda tecnica Fairchild mostra un esempio simile:

C'è un sacco di buon lavoro che suggerisce che è un emettitore comune, quindi sto iniziando a sentire che potrei aver perso qualcosa qui?

Se si disegnano gli equivalenti CA giusti e si lascia fuori la maggior parte della polarizzazione, gli amplificatori CC e CE sembrano quasi identici. (Ricorda, idealmente nessuna corrente scorre attraverso la sorgente del segnale!)

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

^{simula questo circuito}

Ma ovviamente non sono identici. Anche la distorsione DC è importante! Ricorda che nella regione lineare,$V_C > V_E$. Il modello AC da solo non lo garantisce. Osservando la direzione del flusso di corrente CC + CA si evince la differenza:

^{simula questo circuito}

^{simula questo circuito}

Quindi, ecco come distinguere. Se la corrente di carico scorre dal nodo del collettore al nodo dell'emettitore, è l'emettitore comune. Se la corrente di carico scorre dal nodo emettitore al nodo del collettore, è un comune collettore. Penso che questa regola funzioni sempre per le uscite accoppiate in CC. Per le uscite accoppiate in CA, funziona alla tensione di picco del collettore / emettitore.

Indipendentemente da come lo disegni, il tuo emettitore è collegato direttamente alla parte alta dell'output. Ciò lo rende un amplificatore a collettore comune (seguace dell'emettitore).

EDIT: ho intenzione di simulare questo:

^{simula questo circuito}

Non lo so, ragazzi, questo assomiglia moltissimo a un regolatore lineare CC per me. La generazione della tensione di riferimento è strana, ma non vedo come questo cambi la topologia di base. C'è un'alta tensione non regolata sull'ingresso, una tensione regolata inferiore sull'uscita e un transistor NPN nel mezzo. S- è il nodo comune condiviso tra input e output e la corrente scorre da S + a S-. Il feedback negativo è preso da S +. Come può essere diverso da un follower di emettitori?

Forse mi manca qualcosa. Lo proverò di nuovo con il circuito dell'amplificatore operazionale sostituito da una sorgente di tensione CC (Vctrl). La domanda ora è cosa usare come base di partenza? Proverò prima S:

^{simula questo circuito}

Ho spazzato Vctrl da 0 V a 47 V e ho visto il comportamento che mi aspetto da un follower di emettitori. Ora proverò a riferire l'origine a S +:

^{simula questo circuito}

Spostare Vctrl da 0 V a 1 V ora mi dà molto guadagno sull'uscita. Suppongo che potresti chiamarlo invertente se si scambia la polarità dell'output, quindi immagino di poter capire perché l'avresti chiamato CE. La differenza principale sembra essere quella nel primo caso che sto controllando$V_{BE} + V_O$e nel secondo caso sto solo controllando $V_{BE}$.

Se penso che sto controllando $V_{BE}$con il carico sul collettore, allora inizia a suonare più come un amplificatore di transconduttanza rispetto a una delle solite topologie di amplificatore di tensione. Immagino sia quello che ti aspetteresti da un circuito a transistor nudo. Ma la tensione di uscita è costante ...

Mi manca qualcosa, ma non sono sicuro di cosa si tratti.