BJT Puzzler: ¿Emisor común o seguidor de emisor?

No iba a responder a esta pregunta, ya que ya la había revisado con una pregunta anterior del OP (escaneo). Pero, se ha convertido en un desastre, no puedo evitarlo. Quiero decir, ¿1 respuesta correcta de 3 hasta ahora? ¿Cómo es este circuito tan confuso? Llegaremos a eso, pero primero un poco de historia.

Cuando vi este circuito por primera vez, escribí un análisis de él como un seguidor de emisor. Al principio no vi el suelo, ya que estaba ingeniosamente oculto a simple vista entre la referencia de entrada inversora U1 y$R_{\text{load}}$. Luego, en un comentario, Scanny sugirió que pensaba que el circuito era un emisor común. ¿De qué está hablando? Volví a mirar el circuito e hice un experimento mental variando los voltajes de los nodos y pensando en lo que eso debe significar, y todo parecía seguir actuando como un seguidor de emisores, así que no. Pero scanny tenía observaciones adicionales sobre el comportamiento que no tenían ningún sentido para un emisor seguidor, pero tenían mucho sentido para un emisor común. Entonces, volví a dibujar el circuito desde cero para investigar más las cosas. Después de volver a dibujar el circuito me di cuenta de que estaba tratando con un idiota: Yo a la 1 am.

Aquí hay una versión anotada del circuito que obtuve en redibujar:

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Volver a dibujar el circuito como un modelo de CA de señal pequeña me hizo reorientar todo y realmente pensar en V.unreg, V.ref y dónde estaban todos los terrenos. El circuito resultante es claramente un emisor común.

Importante realizar en el circuito:

• La referencia real es S+ o tierra.
• V.unreg es diferencialmente 45V, pero el modo común flota con Q1-c.
• Tanto V.unreg como V.ref actúan como voltajes compensados.

Si compara el cambio de voltaje a través$R_{\text{load}}$visto cuando la salida U1 se modula en este circuito, al circuito original, verá que los dos circuitos hacen lo mismo.

Pero, ¿por qué este circuito ha sido tan confuso?

Aunque el esquema original está bien dibujado, la orientación de Q1 y la ubicación relativa de V.unreg y$R_{\text{load}}$son muy parecidos a los que cabría esperar de una etapa de potencia seguidora de emisor. La topología de seguidor de emisor también se espera en una aplicación como esta (por lo general, ya que el emisor común tiene muchos más problemas de estabilidad).

Es una especie de encuadre. Las personas, por habituación, se cargan por resorte para ver primero un seguidor de emisor. Una vez visto de esa manera, hay negación de otros puntos de vista.

Aquí, volvamos a dibujar el circuito, de otra manera diferente pero equivalente.

^{simular este circuito}

Está bastante claro que todo se refiere a S+, V.unreg flota y el voltaje en S- está modulado por Q1-c al cambiar el voltaje de modo común de V.unreg.

¿Se hace referencia a la fuente de alimentación opamp como S+? Si es así, el BJT está como usted dice en la configuración de emisor común y tendrá problemas para estabilizar el circuito de retroalimentación.

Aquí está la parte relevante del circuito redibujado: -

Hay 45 V en el colector en relación con S-.

El voltaje del emisor hace lo que hace la salida del amplificador operacional (-0,7 voltios menos), es decir, es el elemento de control y es un seguidor del emisor.

Si dibujé el circuito con S + como salida y S- como "tierra", ¿alguien no estaría de acuerdo en que este es un colector común: -

¿He cometido un error en esta conversión? Mi simulación (usando V4) como estímulo me da los resultados que esperaría para un colector común, pero desafortunadamente mi simulador está dando resultados tontos si SOLO cambio las etiquetas de tierra y Vout, por lo que esto es molesto.

Aquí están los resultados según el circuito anterior: -

La ganancia es de 12,146 dB de CC a más de 100 kHz, el punto de 3 dB es de 1,246 MHz y el ángulo de fase es de -71 grados en esta frecuencia. ¿Me estoy perdiendo de algo? ¿También estoy siendo estúpido (no inaudito)?

Si conecté dos 7805 así: -

¿Hace que el 7805 inferior sea inestable? Esta es una conexión de circuito perfectamente válida y en la figura 17 en la hoja de datos de Fairchild muestra un ejemplo similar: -

Hay mucho trabajo bueno que sugiere que es un emisor común, así que empiezo a sentir que me he perdido algo aquí.

Si dibuja los equivalentes de CA correctamente y omite la mayor parte de la polarización, los amplificadores CC y CE se ven casi idénticos. (Recuerde, ¡lo ideal es que no fluya corriente a través de la fuente de señal!)

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

^{simular este circuito}

Pero, por supuesto, no son idénticos. ¡La polarización de DC también importa! Recuerde que en la región lineal,$V_C > V_E$. El modelo AC por sí solo no garantiza eso. Observar la dirección del flujo de corriente CC+CA aclara la diferencia:

^{simular este circuito}

^{simular este circuito}

Así que aquí está cómo notar la diferencia. Si la corriente de carga fluye desde el nodo colector al nodo emisor, es un emisor común. Si la corriente de carga fluye desde el nodo emisor al nodo colector, es colector común. Creo que esta regla funciona todo el tiempo para salidas acopladas a CC. Para salidas acopladas a CA, funciona con el voltaje máximo de colector/emisor.

Independientemente de cómo lo dibuje, su emisor está conectado directamente al lado alto de la salida. Eso lo convierte en un amplificador de colector común (seguidor de emisor).

EDITAR: Voy a simular esto:

^{simular este circuito}

No sé, muchachos, esto se parece mucho a un regulador lineal CC para mí. La generación de voltaje de referencia es extraña, pero no veo cómo eso cambia la topología básica. Hay un alto voltaje no regulado en la entrada, un voltaje regulado más bajo en la salida y un transistor NPN en el medio. S- es el nodo común que se comparte entre la entrada y la salida, y la corriente fluye de S+ a S-. La retroalimentación negativa se toma de S+. ¿Cómo puede ser eso algo más que un seguidor de emisor?

Tal vez me estoy perdiendo algo. Lo intentaré nuevamente con el circuito del amplificador operacional reemplazado por una fuente de voltaje de CC (Vctrl). La pregunta ahora es qué usar como fuente de tierra. Probaré S- primero:

^{simular este circuito}

Pasé Vctrl de 0V a 47V y vi el comportamiento que esperaría de un seguidor de emisor. Ahora intentaré referenciar la fuente a S+:

^{simular este circuito}

El barrido de Vctrl de 0V - 1V ahora me da mucha ganancia en la salida. Supongo que podría llamarlo inversión si cambia la polaridad de salida, así que supongo que puedo ver por qué lo llamaría CE. La principal diferencia parece ser que en el primer caso estoy controlando$V_{BE} + V_O$, y en el segundo caso solo estoy controlando$V_{BE}$.

Si tomo la vista que estoy controlando$V_{BE}$con la carga en el colector, comienza a sonar más como un amplificador de transconductancia que cualquiera de las topologías habituales de amplificadores de voltaje. Supongo que eso es lo que esperarías de un circuito de transistor desnudo. Pero el voltaje de salida es constante...

Me falta algo, pero no estoy seguro de qué es.