Efecto del condensador de emisor en el amplificador de emisor común

Esta pregunta es sobre el circuito emisor común, que se muestra a continuación, con respecto a la influencia que tiene el condensador emisor ( C mi ) tiene sobre la ganancia del amplificador.

Amplificador de emisor común

En el libro "Técnicas de circuitos de transistores", de GJ Ritchie, el autor dice que el emisor común tiene las siguientes frecuencias críticas, debido a la influencia del capacitor C mi :

  1. F 0 = 1 2 π C mi ( r mi R mi ) es la frecuencia a la que la ganancia de tensión es 0,707 ( 2 / 2 ) veces su nivel de banda media,

  2. F 1 = 1 2 π C mi R mi es la frecuencia a la que la ganancia de voltaje es 1.414 ( 2 ) veces la ganancia de voltaje de CC.

También dice que la ganancia de voltaje del seguidor de emisor se puede expresar de la siguiente forma, a la que llama "forma estándar":

A v = A d C 1 + j F / F 1 1 + j F / F 0 , dónde A d C es la ganancia de voltaje de CC (es decir, la ganancia para frecuencias donde C mi se puede aproximar como un circuito abierto).

Estoy tratando de entender las declaraciones del autor que describí anteriormente y me gustaría tener una idea. A continuación se muestran mis intentos.

Primero, dibujé el modelo AC:

Modelo de CA del amplificador de emisor común

(En el modelo AC, ya que me importa el efecto de C mi La reactancia de la ganancia, no la descuido. Sin embargo, supongo que el condensador de entrada C C es un cortocircuito para todas las frecuencias de interés.)

Luego, calculé la ganancia del amplificador. Aquí esta lo que hice:

Calculador v i norte en términos de i b :

v i norte = i b ( r π + ( β + 1 ) ( R mi 1 j ω C mi ) )

Calculador v o tu t en términos de i b :

v o tu t = i C R C = β i b R C

Cálculo de la ganancia ( v o tu t v i norte ):

A v = β R C r π + ( β + 1 ) ( R mi 1 j ω C mi ) = β R C r π + ( β + 1 ) R mi j ω C mi R mi + 1

Ahora, para expresar eso en la "forma estándar" dada por el autor del libro, encontraré A d C (la ganancia de CC). La ganancia de CC se puede encontrar haciendo ω = 0 en la expresión para A v :

A d C = β R C r π + ( β + 1 ) R mi

Ahora, A v puede expresarse en términos de A d C :

A v = A d C j ω C mi R mi + 1 1 + j ω C mi R mi r π r π + ( β + 1 ) R mi

A v = A d C 1 + j ω C mi R mi 1 + j ω C mi R mi r mi r mi + R mi = A d C 1 + j ω C mi R mi 1 + j ω C mi ( R mi r mi )

Comparando esto con la forma estándar, puedo ver que F 1 = 1 2 π C mi R mi y F 0 = 1 2 π C mi R mi r mi , tal como lo afirma el autor.

Ahora, también puedo calcular estas frecuencias directamente a partir de su definición. Por ejemplo, si calcula ω 1 (la frecuencia angular correspondiente a la frecuencia F 1 ) haciendo | A v A d C | = 2 , Yo obtengo:

| 1 + j ω 1 C mi R mi 1 + j ω 1 C mi ( R mi r mi ) | = 2

Resolviendo lo anterior para ω 1 , Yo obtengo:

1 + ω 1 2 ( C mi R mi ) 2 1 + ω 1 2 C mi ( R mi r mi ) 2 = 2

1 + ω 1 2 ( C mi R mi ) 2 = 2 + 2 ω 1 2 C mi ( R mi r mi ) 2

ω 1 = 1 C mi R mi 2 2 ( R mi r mi ) 2

eso me da un F 1 de: F 1 = ω 1 2 π = 1 2 π C mi R mi 2 2 ( R mi r mi ) 2

Esto se acerca al resultado declarado por el autor. si me descuido r mi siendo muy pequeño en comparación con R mi , obtengo exactamente el mismo resultado indicado por el autor ( F 1 = 1 2 π C mi R mi ).

¿Es correcto mi razonamiento?

Saber dónde aproximarse es parte del arte de la electrónica. Recuerde que esto probablemente se escribió antes de la amplia disponibilidad del software de modelado cuando los ingenieros hacían cálculos en el reverso de un sobre marrón. Por supuesto, podría señalar que no ha agregado a su cálculo las tolerancias del capacitor (generalmente 20% para electrolíticos) y las resistencias que producirán una variedad de valores. Ahora hágase las preguntas: ¿valió la pena todo ese tiempo y esfuerzo extra? ¿Será realmente mejor el circuito que construyas? La respuesta es un simple No.
De hecho
F 1 = 1 2 π C mi R mi
no es una relación aproximada pero es verdaderamente exacta. Algún error debe haberse deslizado en sus cálculos.

Respuestas (1)

Tu razonamiento es correcto. Como se señaló en el comentario, las aproximaciones son muy útiles para reducir la cantidad de cálculos necesarios para determinar el rendimiento de un circuito. En general, la mayoría de los circuitos de transistores están diseñados para que su desempeño sea independiente de los parámetros del transistor tanto como sea posible porque esos parámetros son bastante variables en los transistores prácticos. En este caso, una buena aproximación, como ya sabes, es que el valor de la resistencia del emisor es mucho menor que la resistencia externa. Esto simplifica enormemente los cálculos. En cualquier caso, las tolerancias en los componentes probablemente inundarán el valor del cálculo exacto.

Barry, supongo que con "resistencia del emisor" te refieres a la inversa de la transconductancia (1/g), ¿correcto? En mi opinión, no deberíamos llamar a esta cantidad "resistencia del emisor" porque (a) no pertenece al emisor y (b) es una "transresistencia": d(VBE)/d(IC).
no 1/g no es igual a "re". "re" = d(VBE)/d(IE) = VT/IE = Alfa/gm; Y "re" pertenece al emisor.
G36, ¿es consciente de que hablamos de una diferencia del 1% o menos? (Diferencia entre iE e IC). ¿Cómo puedes decir que re "pertenece al emisor"? Estoy seguro de que sabe que una resistencia se define por una corriente a través de un cierto camino y el voltaje correspondiente a través de ambos extremos de este camino. Aquí: VBE entre B y E, y la corriente entre B y E es IB pero no IE. No mezcles "resistencia" con "transresistencia". La transconductancia gm=1/re no "pertenece al emisor". Este es un entendimiento erróneo. Más bien, es la pendiente de la curva IE=f(VBE).
@LvW re "pertenece al emisor" porque, por ejemplo, la ganancia del amplificador CE con la resistencia de degeneración del emisor RE es igual a
A v = ( R C / ( r mi + R mi ) ) h F mi / ( h F mi + 1 )
Y como puedes ver, re está en serie con RE. Además, a veces es más fácil visualizar el comportamiento de un circuito al tratar la transconductancia del transistor como si fuera una resistencia de emisor intrínseca dinámica incorporada re = d (VBE) / d (IE). Y es por eso que el re es tan popular entre los ingenieros. usuarios.física.harvard.edu/~horowitz/aoe/sm/smlitlre.htm
G36, mientras dice "pertenece al emisor" significa que re es la resistencia de ... ¿qué parte del transistor? ¿Qué camino entre qué puntos? ¿Tienes una respuesta? No, no lo creo. Nuevamente: es la relación voltaje-corriente de dos cantidades que NO pertenecen a una ruta común; por lo tanto, tiene la dimensión de una resistencia, pero no es una resistencia. En cambio, lo llamamos "transresistencia" (inverso de transconductancia). Para mí, no es importante si es "popular" o no; recuerde: muchos ingenieros todavía piensan que el BJT estaría controlado por corriente (también una vista "popular" pero incorrecta).
@favq Es bueno verlo profundizar. Si sesga el dispositivo para que Ve esté solo 18 o 36 milivoltios por encima de GND, puede experimentar con la derivación de Re, o simplemente acortando el emisor directamente a GND. Un cortocircuito de Ve de 18 mV debería DUPLICAR la corriente, y es posible que aún tenga margen para ver una señal de colector sin distorsiones; la ganancia debería duplicarse exactamente.