공통집합기

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전자공학에서 공통 수집기 앰프(이미터 팔로워라고도 함)는 일반적으로 전압 버퍼로 사용되는 3가지 기본 단층 양극성 접합 트랜지스터(BJT) 증폭기 위상 중 하나이다.

이 회로에서 트랜지스터의 베이스 단자는 입력 역할을 하고, 이미터는 출력이며, 수집기는 두 가지 모두에 공통적이다(예: 접지 기준 또는 전원 공급 레일에 연결될 수 있음). 따라서 그 명칭은 다음과 같다. 아날로그 전계효과 트랜지스터 회로는 공통 배수 증폭기, 아날로그 튜브 회로는 음극 추종기이다.

기본 회로

회로는 트랜지스터가 음의 피드백에 의해 제어되는 것으로 보고 설명할 수 있다. 이러한 관점에서 공통 수집기 단계(그림 1)는 전체 시리즈 음성 피드백을 갖는 증폭기이다. 이 구성(그림 2 β = 1)에서 전체 출력 전압 V는_out 입력 전압 V와_in 반대 방향으로 직렬로 배치된다. 따라서 두 전압은 Kirchhoff의 전압 법칙(KVL)에 따라 감산되며(기능 블록 다이어그램에서 감산기는 입력 루프만으로 구현된다), 이들의 비범한 차이_diff V = V_in - V가_out 베이스-이미터 접합부에 적용된다. 트랜지스터는 V를_diff 지속적으로 모니터링하며, 이미터 저항기 R을_E 통해 해당 수집기 전류를 전달하여 이미터 전압을 입력 전압과 거의 동일(낮은 V_BEO)하게 조정한다. 결과적으로, 출력 전압은 V에서_BEO V까지의₊ 입력 전압 변동을 따르며, 따라서 "이미터 팔로워"라는 명칭이 붙는다.

직관적으로 이 동작은 양극 트랜지스터의 베이스-이미터 전압이 바이어스 변화에 매우 무감각하므로 베이스 전압의 어떤 변화도 이미터에게 직접 전달(좋은 근사치로)된다는 것을 깨달음으로써도 이해할 수 있다. 트랜지스터가 이러한 장애에 반응하여 평형을 회복하기 때문에 다양한 장애(트랜지스터 공차, 온도 변화, 부하 저항, 추가되는 경우 수집기 저항 등)에 약간 의존한다. 입력 전압이 양극 레일에 도달해도 절대 포화되지 않는다.

공통 집열기 회로는 수학적으로 거의 단일의 전압 이득을 가질 수 있다.

${\displaystyle A_{v}={\frac {v_{\text{out}}}{v_{\text{in}}}}\약 1개.}$

입력 단자의 작은 전압 변화는 출력 시 반복된다(트랜지스터 게인 및 부하 저항 값에 약간 따라 달라짐, 아래 게인 공식 참조). 이 회로는 입력 임피던스가 크기 때문에 유용하다.

${\displaystyle r_{\text{in}}\cHBETA _{0}R_{\text}\text{\text}\cHBFFF}E},}$

따라서 이전 회로와 작은 출력 임피던스가 로딩되지 않음

${\displaystyle r_{\text{out}\text}\약간 {\frac {R_{\text}{\text}E}}\병렬 R_{\text{source}}{\beta _{0}}}}$

저소음속 하중을 운전할 수 있도록.

일반적으로 방출 저항기는 훨씬 크며 다음 방정식에서 제거할 수 있다.

${\displaystyle r_{\text{out}\preason}{\frac {R_{\text}}{\beta _{0}}}.}$

적용들

낮은 출력 임피던스는 큰 출력 임피던스를 가진 소스가 작은 로드 임피던스를 구동할 수 있게 한다. 소스는 전압 버퍼의 기능을 한다. 즉, 회로는 많은 전자 소자에서 선호되는 특성 때문에 전압 이득 대신 전류 이득(트랜지스터의 h에_FE 크게 의존함)을 가진다. 입력 전류를 조금만 변경하면 출력 로드에 공급되는 출력 전류가 훨씬 더 크게 변경된다.

완충 작용의 한 측면은 장애물의 변형이다. 예를 들어, 높은 테베닌 저항을 가진 전압 소스에 의해 구동되는 전압 추종자의 조합의 테베닌 저항은 전압 추종자의 출력 저항(작은 저항)으로만 감소한다. 그러한 저항 감소는 그 조합을 더 이상적인 전압원으로 만든다. 반대로, 작은 부하 저항과 주행 단계 사이에 삽입된 전압 추종기는 주행 단계에 큰 부하를 나타내며, 이는 전압 신호를 작은 부하에 결합하는 장점이다.

이 구성은 일반적으로 클래스-B 및 클래스-AB 증폭기의 출력 단계에서 사용된다. 트랜지스터를 클래스 B 또는 AB 모드로 작동하도록 기본 회로를 수정한다. 클래스 A 모드에서는 선형성 및/또는 효율을 개선하기 위해 R_E(그림 4) 대신 활성 전류원을 사용하는 경우가 있다.^[1]

특성.

저주파에서 그리고 단순화된 하이브리드-PI 모델을 사용하여 다음과 같은 작은 신호 특성을 도출할 수 있다. (파라미터 $\beta {\displaystyle }$= ${\displaystyle g_{}}$ m r ${\displaystyle {\pi }_{}}$ ${\$pi$$}}}})

	정의	표현	근사표현	조건들
전류 이득	${\displaystyle A_{\mathrm {i}}={i_{\text{out}}}\over i_{\text{in}}}}}}}}\over i_{\text}}}}}}}}$	${\displaystyle \property _{0}+1\ }$	${\displaystyle \ 약 \cHB _{0}$	${\displaystyle \property _{0}\gg 1}$
전압 게인	${\displaystyle A_{\mathrm {v}}={v_{\text{out}}}\over v_{\text{in}}}}}}}\over v_{\text}}}}}}}}$	${\displaystyle {g_{m}R_{\text{E}} \over g_{m}R_{\text{E}+1}$	${\displaystyle \ 약 1}$	${\displaystyle g_{m}R_{\text{E}\gg 1}$
입력 저항	${\displaystyle r_{\text{in}}={\frac {v_{\text{in}}{i_{\text{in}}}}}}$	${\displaystyle r_{\pi }+(\reason _{0}+1)R_{\text{E}\ }$	${\displaystyle \cHBETA _{0}R_{\text{E},}$	${\displaystyle(g_{m}R_{\text{E}\gg 1)\웨지 (\베타 _{0}\g1)}$
출력 저항	${\displaystyle r_{\text{out}}={\frac {v_{\text{out}}{i_{\text{out}}}}}}$	${\displaystyle R_{\text{E}}\병렬 {r_{\pi }+R_{\text{source}}\over \beta_{0}+1}} \over \beta _{0}+1}}}$	${\displaystyle \ 약 {1\over g_{m}+{R_{\text{source}}\over \beta_{0}}}$	${\displaystyle(\beta _{0}\g 1)\wedge(r_{\text{in}\g R_{\text{source})}$

여기서 $R{\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle {\text{소스}}_{}}$ $displaystyle R_{\text{source}\}$은(는) Thévenin 등가 소스 저항이다$$.

파생어

그림 5는 그림 3의 회로에 대한 저주파 하이브리드-피 모델을 보여준다. 옴의 법칙을 이용하여 다양한 전류가 결정되었으며, 이러한 결과는 도표에 나타나 있다. 방출자에게 Kirchhoff의 현행법을 적용하면 다음과 같은 사실을 알게 된다.

${\displaystyle(\beta +1){\frac {v_{\text{in}-v_{\text{out}}{R_{\text}}}{\text}{\text}}}}{R_{\text{\text}S}}+r_{\pi }=v_{\text{out}}\왼쪽({\frac {1}{R_{\text}{\text})L}}}+{\frac {1}{r_{\text}{O}}}\오른쪽).}$

다음 저항 값을 정의하십시오.

${\displaystyle {\begin{aigned}{\frac {1}{R_{\text}{E}}}&={\frac {1}{R_{\text{L}}}+{\frac {1}{r_{\text}{O}},\\[2pt]R&={\frac {R_{\text{S}+r_{\pi }{\beta +1}.\end{정렬}}}$

그런 다음 용어의 전압 게인을 구한다.

${\displaystyle A_{\text{v}={\frac {v_{\text{out}}}{v_{\text{in}}}}={\frac {1}{1+{\frac {R}{R_{\text}{\text}}}}}}}{\frac{\text}}}}}}}}}}}}}}}}}{\text}}}}E}}}}.}$

이 결과로부터, 분모 내 저항비가 작을 경우 이득은 단결에 접근한다(완충증폭기에 대해 예상된 경우). 이 비율은 전류 게인 β 값이 클수록 ${\displaystyle {감소}_{}}$하고 $R{\displaystyle {}_{}}$ E ${\$$E$ 입력 저항은 다음과 같이 발견된다.

${\displaystyle {\reasoned}R_{\text{in}}&={\frac {v_{\text{in}}{i_{\text{b}}}={\frac {R_{\text}}}}={\frac{\text}{\text}}{\text}}}}}}}}}}}S}+r_{\pi }{1-A_{\text{v}}}\\&=\left(R_{\text{\text}){{\text}}S}}+r_{\pi }\오른쪽)\왼쪽(1+{\frac {R_{\text{E}}{R}\오른쪽)\\&=R_{\text{S}}+r_{\pi }+(\베타 +1)R_{\text{E}}.\end{aigned}}$

트랜지스터 출력 저항 ${\displaystyle R_{}}$ O ${\$$O}}}$은(는) 일반적으로$$ 부하 ${\displaystyle R_{}}$ L ${\$에 비해 크다.${\displaystyle L_{}}$$\}\},$ 즉 R $L{\displaystyle {}_{}}$ ${\$$L}}$이(가) $R{\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle E_{}}$ ${\$를 지배한다$$.$E$ 이 결과로부터 앰프의 입력 저항은 출력 부하 저항 $R{\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle L_{}}$ ${\$보다 훨씬 크다.$큰$ 전류 게인 ${\displaystyle \beta }$에 대한 L$}}.$ 즉$,$ 부하와 소스 사이에 앰프를 배치하면 R $L{\displaystyle {}_{}}$ ${\$}에 대한 직접 결합보다 소스에 더 큰 (고저항) 부하를 나타낸다$.$$L$ 소스 ${\displaystyle {임피던스}_{}}$R S {\$displaystyle$ R_${\text{}$에 신호 감쇠가 감소함전압 분할의 결과로$$ S$}}.$

그림 6은 입력 단락 회로와 시험 전류를 출력물에 배치한 그림 5의 소신호 회로를 보여준다. 출력 저항은 이 회로를 다음과 같이 사용하여 발견된다.

${\displaystyle R_{\text{out}={\frac {v_{\text{x}}{i_{\text{x}}}}.}$

옴의 법칙을 이용해 도표에 나타난 바와 같이 다양한 전류가 발견되었다. 기준 전류에 대한 항을 수집하면 다음과 같이 기본 전류가 발견된다.

${\displaystyle (\beta +1)i_{\text{b}=i_{\text{x}-{\frac{v_{\text{x}}{R_{\text}}{\text}{\text}{\text}{\text}}{\text}}{\text}}E}}},}$

${\displaystyle {여기}_{}}$서 R E ${\$$위$에 E$}}$이(가) 정의되어$$ 있다. 기본 전류에 이 값을 사용하여 옴의 법칙은

${\displaystyle v_{\text{x}=i_{\text{b}\왼쪽(R_{\text})S}}+r_{\pi }\오른쪽).}$

기준 전류를 대체하고 항을 수집하면서

${\displaystyle R_{\text{out}}={\frac {v_{\text{x}}{i_{\text}}}=R\parallel R_{\text}}}}=R\parallel R_{\text}}}}={\text}={\text}E},}$

$여기$서 병렬 연결을 나타내며 R ${\displaystyle$ R$}$이(가) 위에 정의되어 있다$$. $R{\displaystyle }$ ${\displaystyle R}$은 현재 게인 $\beta {\displaystyle }$ ${\displaystyle \beta }$이(가) 클 때 일반적으로$$ 작은 저항이기 때문에 $R{\displaystyle }$ ${\displaystyle$R}이$($가) 출력 임피던스를 지배하므로$$ 이 또한 작다. 작은 출력 임피던스는 원래 전압 소스와 전압 추종자의 직렬 조합이 출력 노드에서 낮은 테베닌 저항을 가진 테베닌 전압 소스를 나타낸다는 것을 의미한다. 즉, 전압 소스와 전압 추종자의 조합은 원래 전압 소스보다 더 이상적인 전압 소스를 만든다.

참고 항목

• 공통기준
• 공통방출기
• 공용문
• 공동 배수구
• 공통출처
• 오픈 컬렉터
• 투포트 네트워크

참조

외부 링크

• R 빅터 존스: 기본 BJT 앰프 구성
• NPN 공통 수집기 증폭기 - 하이퍼물리학
• 시어도어 파블릭: ECE 327: 트랜지스터 기본 사항, 파트 6: npn 이미터 팔로워
• 더그 깅리치: 앨버타의 공용 수집기 증폭기 U
• 레이먼드 프레이: 오레곤 주의 연구소에서 U 운동