Seguidor de emisor e impedancia de entrada

Estoy diseñando un filtro de paso de banda activo (usando solo BJT, fuentes de voltaje, resistencias y capacitores) con las siguientes propiedades:

  • Frecuencias de esquina 8   kHz y 800   kHz (ancho de banda de aproximadamente 790   kHz )

  • 40   d B / d mi C roll-off del LPF (filtro de segundo orden)

  • 20   d B / d mi C roll-off del HPF (filtro de primer orden)

  • ganancia de aproximadamente 42   dB

  • Baja impedancia de entrada: ∼ 60   Ω (en una amplia gama de frecuencias 80   Hz − 80   megahercio )

  • Alta impedancia de salida: ∼ 50   k Ω (en una amplia gama de frecuencias 80   Hz − 80   megahercio )

Pensé en la siguiente etapa de entrada simple: deje que la entrada se aplique a través de una resistencia ( R ′ ) con la impedancia de entrada deseada seguida de un búfer de ganancia unitaria (que tiene una alta impedancia y, por lo tanto, no afectaría mucho la impedancia de entrada). Luego, tome la salida del búfer y procésela a través de un filtro HPF (y luego a través de LPF). Sin embargo, cuando traté de implementar el búfer usando emitter-follower, rápidamente me encontré con algunos problemas.

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Para establecer una polarización adecuada del transistor, debemos tener las resistencias R 1 y R 2 . Fundamentalmente, un condensador de acoplamiento C i norte se requiere (de lo contrario, el circuito simplemente no funciona correctamente: la simulación SPICE produce una atenuación extrema en la respuesta de frecuencia). Pero la introducción de este capacitor crea dos serios problemas:

  • Afecta a la impedancia de entrada. La impedancia de entrada ahora cambia con la frecuencia, y es difícil mantener una impedancia de entrada baja constante en un rango tan amplio de frecuencias.

  • Actúa como un filtro HPF y por lo tanto añade otro polo. En otras palabras, si quiero tener 20   d B / d mi C roll-off debo eliminar el filtrado HPF de la salida del búfer (que a su vez cambia por completo el diseño del circuito).

¿Cuáles son algunas formas posibles de aliviar estos problemas sin complicar demasiado el circuito?

Los comentarios no son para una discusión extensa; esta conversación se ha movido a chat . Cualquier conclusión a la que se llegue debe volver a editarse en la pregunta y/o cualquier respuesta.

Respuestas (2)

El transistor es un seguidor de emisor con una ganancia de aproximadamente solo 1. Necesitará un segundo transistor para proporcionar la ganancia de 42 dB, que es un poco más de 100 veces.

El filtro de paso alto introducirá un cero en F = 0 y un poste en F = F C (la frecuencia de esquina del filtro de paso alto). Un polo y un cero se compensarán entre sí, dando lugar a una respuesta de frecuencia plana dentro de la banda de frecuencia.

La frecuencia de esquina F C Esta determinado por C i norte , y la resistencia paralela de R 1 y R 2 (y en una pequeña parte la resistencia vista en la base del BJT). Se puede encontrar analizando el circuito equivalente de CA.

  • Afecta a la impedancia de entrada. La impedancia de entrada ahora cambia con la frecuencia, y es difícil mantener una impedancia de entrada baja constante en un rango tan amplio de frecuencias.

"Dentro de la banda de frecuencia" significa para F > F C , en cuyo caso la frecuencia de la señal es tan alta que el capacitor actuará como un cortocircuito en el circuito equivalente de CA. Por lo tanto, la impedancia de entrada es constante en la región de paso de banda e igual a la resistencia paralela de R ′ , R 1 , R 2 y la resistencia base del BJT (generalmente muy grande porque está arrancado).

  • Actúa como un filtro HPF y por lo tanto añade otro polo. En otras palabras, si quiero tener un roll-off de 20 dB/dec, debo eliminar el filtrado HPF de la salida del búfer (lo que a su vez cambia por completo el diseño del circuito).

Como se explicó, el cero en F = 0 introducirá un aumento de 20dB/dec, y luego el polo en F = F C lo disminuirá nuevamente con 20dB/dec, por lo que el efecto neto es 0dB/dec.

  • Baja impedancia de entrada: ~60 Ω (sobre una amplia gama de frecuencias 80 Hz−80 MHz)
  • Alta impedancia de salida: ∼50 kΩ (sobre una amplia gama de frecuencias 80 Hz−80 MHz)

Sin embargo, dudo que las especificaciones requeridas quieran que diseñes para una pequeña impedancia de entrada y una gran impedancia de salida. Por lo general, un circuito de colector común/seguidor de emisor/búfer intenta lograr lo contrario: alta impedancia de entrada y baja impedancia de salida.

Gracias. 1) "La impedancia de entrada es, por lo tanto, constante en la región de paso de banda e igual a la resistencia paralela", de hecho, pero tenga en cuenta que se requiere que la impedancia de entrada sea constante en un rango mucho más amplio que el ancho de banda. Así que es complicado. 2) "Dudo que las especificaciones requeridas quieran que diseñe para una impedancia de entrada pequeña y una impedancia de salida grande" - Lo sé, pero no veo ninguna otra forma de cumplir con los requisitos (sé que generalmente la impedancia de entrada debe ser alta y la impedancia de salida baja, pero aquí exigen a propósito lo contrario).
"El filtro de paso alto introducirá un cero en f = 0". No estoy seguro de cómo sucede esto, pero lo comprobaré. Gracias de todos modos.
Intentaría hacer que el condensador sea insignificante en comparación con R ′ . Si R ′ es lo suficientemente pequeño ( ≈ 60 Ω ), entonces una gran resistencia en paralelo no afectará mucho la impedancia de entrada.
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