Art of Electronics: Emitter-Follower Zout


11

ฉันรู้สึกหงุดหงิดกับ Art of Electronics มันเป็นหนังสือที่เข้าถึงได้ในบทที่ 1 และจากนั้นในบทที่ 2 ดูเหมือนว่าผู้แต่งต้องการให้มันเป็นเหมือนตำราเรียนมากขึ้นและพวกเขาก็เริ่มทิ้งข้อมูลแทนการออกกำลังกาย ฉันคิดว่านี่ไม่ใช่หนังสือศึกษาด้วยตนเองจริง ๆ ...

น่าเสียดายที่ฉันเป็นหนึ่งในคนที่ต้องเข้าใจแนวคิดฉันไม่สามารถทำตามสูตรแบบสุ่มสี่สุ่มห้าได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งฉันพยายามทำความเข้าใจเกี่ยวกับเอาต์พุตและอินพุตอิมพิแดนซ์ของผู้ติดตามตัวปล่อย ข้อความดังกล่าวให้รายละเอียดที่ดีเกี่ยวกับความต้านทานอินพุต, ความต้านทานที่มองเข้าไปในฐาน จากนั้นจะแปลงสูตรสำหรับเอาต์พุตและบอกว่ามันสามารถคำนวณได้ ... จากนั้นแบบฝึกหัดก็ปรากฏขึ้นเพื่อขอให้คนหนึ่งพิสูจน์มัน

Zโอยูเสื้อ=(ZsโอยูRอี)(ชั่วโมงอี+1)
Show that the preceding relationship is correct.  
Hint: Hold the sourdce voltage fixed, and find 
the change in output currrent for a given change
in output voltage.  Remember that the source voltage 
is connected to the base through a series resistor.

ฉันไม่รู้ด้วยซ้ำว่าจะเริ่มจากตรงไหน ฉันจดสูตรไม่กี่สูตรและเริ่มแทน ...

rout=(ΔVout)(ΔIout)=(ΔVe)(ΔIe)=(ΔVb0.6V)(ΔIe)

ผมอี=ผม+ผม=(ชั่วโมงอี* * * *ผม)+ผม=(ชั่วโมงอี+1)* * * *ผม

ΔIe=(hfe+1)ΔIb

rout=(ΔVb)0.6V(hfe+1)ΔIb

Can I assume that 0.6 V is negligible and can I drop it?  If so,

rout=(ΔVb)(hfe+1)(ΔIb)=(ΔVb)(ΔIb)1(hfe+1)=rsource(hfe+1)

ฉันอยู่ที่ใดในที่มาของฉัน สมมติฐานของฉันเกี่ยวกับ [Vout=Ve] และ [Iout=Iอี]ถูกต้อง? และเป็นที่ยอมรับได้หรือไม่ที่จะปล่อยแรงดันไฟทางแยกเบสต์อิเตอร์เมอร์ในการหาค่าของฉัน?


วัตสัน Mathjax อยู่ที่นั่นเพื่อทำให้สมการดูดี โปรดตรวจสอบว่าฉันไม่ได้เปลี่ยนสมการของคุณให้เป็นอย่างอื่น
Kortuk

@Kortuk: ฉันไม่รู้ว่าเรามีมาร์กอัป! ขอบคุณสำหรับการแก้ไขโพสต์ของฉันและแสดงให้ฉันเห็น ในอนาคตฉันจะใช้มันอย่างแน่นอน!
ดร. วัตสัน

วัตสันดีใจที่ฉันไม่ได้ทำสมการของคุณให้ดีขึ้น
Kortuk

คำตอบ:


5

วิธีมาตรฐานในการทำเช่นนี้คือใช้การวิเคราะห์สัญญาณ AC ขนาดเล็ก สมมติว่าทรานซิสเตอร์มีความลำเอียงในภูมิภาคที่มีการเคลื่อนที่ไปข้างหน้า ใช้โมเดล Hybrid-pi จากนั้นวางแรงดันทดสอบ / แหล่งกระแสที่โหนดเอาท์พุทและกราวด์อินพุต วัดกระแส / แรงดันไฟฟ้าของแหล่งทดสอบของคุณและบอกความต้านทานเอาต์พุต คุณสามารถค้นหาอิมพิแดนซ์อินพุตได้ด้วยวิธีนี้

นี่เป็นสิ่งเดียวกับที่หนังสือบอกให้คุณทำยกเว้นการใช้สัญญาณขนาดเล็กของ BJT ช่วยให้คุณสามารถเปลี่ยนปัญหาให้เป็นปัญหาการวิเคราะห์เชิงเส้นตรงซึ่งน่าจะทำได้ง่าย

ฉันไม่แน่ใจว่ามีอะไรผิดปกติกับแหล่งที่มาของคุณ แต่ 0.6V ควรเลื่อนออกไปเพราะคุณกำลังดูการเปลี่ยนแปลงของแรงดันและกระแส


จุดดีถ้าเราดูที่การเปลี่ยนแปลงค่าคงที่ 0.6V น่าจะเลื่อนออกไปที่ไหนสักแห่ง ฉันควรย้ายไปยัง Sedra & Smith ด้วยโมเดลตามที่คุณพูดถึงเช่น hybrid-pi
ดร. วัตสัน

+1 นี่คือวิธีที่ดีที่สุด (@Dr. Watson - ฉันเพิ่งผ่านการวิเคราะห์ Hybrid-pi บนกาแฟหนึ่งถ้วยฉันสามารถโพสต์ผลลัพธ์ได้หากคุณต้องการ)
MikeJ-UK

@ MikeJ-UK: ถ้ามันจะไม่เป็นปัญหามากเกินไปฉันจะขอบคุณมัน สำเนาของ Sedra & Smith เพิ่งมาถึงเมื่อเช้านี้และฉันสามารถลองติดตามได้
ดร. วัตสัน

1
@DrWatson ไม่ใช่ว่าค่าคงที่ 0.6V ควรเลื่อนออกไปมันจะต้องถูกลบออกจากสมการเนื่องจากคุณกำลังคำนวณรูปแบบ (เช่น delta หรืออนุพันธ์ ) บนสัญญาณขนาดเล็ก ตั้งแต่Vbe=VbVe มีค่าคงที่และเท่ากับ 0.6V เช่นที่คุณเข้าใจ ΔVΔVอีด้วยสัญญาณขนาดเล็กเนื่องจากผลกระทบเล็กน้อยของชุมทางตัวปล่อยฐาน อนุพันธ์ของค่าคงที่เท่ากับศูนย์

5

ดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้กับ OP เมื่อคุณ "คงที่" ค่าคงที่มันจะหายไปโดยไม่มีร่องรอย ฉันก็เป็นผู้เรียนเช่นกันและฉันก็ต้องต่อสู้กับหนังสือเล่มเดียวกันนี้ ฉันไม่เข้าใจว่าทำไมผู้เขียนต้องการให้เราตั้งค่าแรงดันไฟฟ้าให้เป็นค่าคงที่ แต่ฉันสามารถรวมสิ่งนี้ไว้ในหลักฐานที่แสดงว่าฉันถูกไล่ออกและได้ผลลัพธ์ที่ถูกต้อง

คุณสามารถใช้ความรู้ด้านอิเล็กทรอนิกส์ของคุณ 101 โดยการดูวงจรตัวติดตามของตัวส่งสัญญาณก่อนว่ามีอิมพีแดนซ์สองตัวพร้อมกัน มองจากเอาท์พุตเลี้ยวขวาแล้วมองเข้าไปในอิมิตเตอร์ของทรานซิสเตอร์ เลี้ยวซ้ายแล้วมองไปที่ตัวต้านทานอีซีแอล มีแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าและการเชื่อมต่อของโลกเพื่อสร้างความสับสนให้คุณ แต่สิ่งเหล่านั้นสามารถถูกเพิกเฉยต่อการรับความต้านทาน หากต้องการดูว่านี่เป็นความจริงให้สร้างวงจรอย่างง่าย ๆ ที่มีตัวต้านทานหนึ่งตัวและแหล่งกำเนิดแรงดันอยู่ภายในตัวอย่างเช่นเพื่อแสดงให้คุณเห็นว่าแหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้าในอนุกรมนั้นไม่ได้เปลี่ยนความต้านทาน (ความต้านทาน) ของตัวต้านทาน นิยามของอิมพีแดนซ์คือ:

Z=ΔV/Δผม.

อีกครั้งนั่นคือ R สำหรับตัวต้านทาน ตอนนี้กลับไปที่ผู้ติดตาม emitter

แผนผัง

จำลองวงจรนี้ - แผนผังที่สร้างโดยใช้CircuitLab

ดังนั้นเราจึงมี Z1 เป็นอิมพีแดนซ์มองหาตัวปล่อยของทรานซิสเตอร์และ Z2 เพิ่งเป็น R2 และพวกมันอยู่ในแนวขนาน "การดู" นั้นสมเหตุสมผลเนื่องจากทรานซิสเตอร์นั้นจริง ๆ แล้วขึ้นอยู่กับวิธีที่คุณกำลังดู (เช่นอิมพีแดนซ์ของเอาต์พุตและอินพุตต่างกัน)

จำไว้ว่าสำหรับตัวต้านทานแบบขนานสองตัวความต้านทานรวมจะได้รับจาก

1/R=1/R1+1/R2.
นอกจากนี้ R เท่ากับผลผลิตส่วนเกินซึ่งสามารถเขียนได้:
R=R1||R2
ดังนั้นอิมพีแดนซ์ที่มองหา Vout คือ
Z1||Z2

Z_2 เป็นเพียง R_2 ให้หา Z_1 ความต้านทานที่มองเข้าไปในตัวส่งของทรานซิสเตอร์ นิยามของอิมพีแดนซ์อีกครั้งคือ:

Z1=ΔVอี/Δผมอี
การเปลี่ยนแปลงแรงดันที่ตัวส่งสัญญาณ Delta V_e เท่ากับการเปลี่ยนแปลงใน Vin รวมถึงการเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้าที่มากกว่า R1 บวกกับการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าผ่านทางแยกของตัวส่งสัญญาณพื้นฐาน:
Z1=ΔVผมn+ΔVR1+ΔVอีΔผมอี

เนื่องจากแรงดันไฟต่อทางแยกเบส - อิมิตเตอร์ยังคงอยู่โดยประมาณ

ΔVอี0.6V-0.6V=0

.. แต่กระแสไฟฟ้าออกจากตัวส่งสัญญาณของทรานซิสเตอร์คือ ~ เบต้าคูณกระแสไฟฟ้าเข้าสู่ฐาน

Δผมอี=Δผม(1+β)
=>Z1=ΔVผมn+ΔVR1Δผม(1+β)
แน่นอน:
Δผม=Δผมผมn.

ตามนิยามของอิมพีแดนซ์เรามีอิมพีแดนซ์อินพุต:

=>Z1=Zผมn+R1(1+β)

หากคุณกำลังอ่านสิ่งนี้คุณอาจเคยผ่านอิมพิแดนซ์อินพุตของผู้ติดตามอีซีแอลซึ่งปรากฏในสมการข้างต้นแล้ว ส่วนนี้รบกวนฉันเล็กน้อยเพราะมันขึ้นอยู่กับส่วนของตัวส่งสัญญาณที่เราแยกออกจากส่วนของทรานซิสเตอร์ (ตัวต้านทานตัวส่งสัญญาณ R_2) แต่อย่างไรก็ตามยังคงดำเนินต่อไป ...

อิมพิแดนซ์อินพุตของผู้ติดตามตัวปล่อยจะได้รับจาก:

Zผมn=(1+β)* * * *R2
แทนสิ่งนี้ใน:
Z1=(1+β)* * * *R2+R1(1+β)
=R2+R1(1+β)
ดังนั้นจึงมีสมการสำหรับ Z_1 มันขนานกับ Z_2 ซึ่งก็คือ R_2 ดังนั้นอิมพีแดนซ์ทั้งหมดที่มองเข้าไปในเอาต์พุตของสาวก emitter คือ:
Z=R2||(R2+R1(1+β))
ตอนนี้กลับไปที่คำถาม ฉันไม่รู้ว่าทำไมผู้เขียนต้องการให้เราพิสูจน์ด้วยแรงดันไฟฟ้าขาเข้าที่คงที่ (ขออภัย) แต่เราสามารถทำได้โดยใช้สมการข้างบนหนึ่งค่าและตั้งค่า delta_V เป็นศูนย์:
Z1=ΔVผมn+VR1Δผม(1+β)
Dอีล.เสื้อaVผมn=0
=>Z1=ΔVR1Δผม(1+β)
=>Z1=R1(1+β)

ตอนนี้เรามี:

Z=Z2||R1(1+β)

ต่อมาในหน้าผู้เขียนพูดว่า:

พูดอย่างเคร่งครัดความต้านทานเอาต์พุตของวงจรควรรวมความต้านทานแบบขนานของ R แต่ในทางปฏิบัติ Zout (อิมพีแดนซ์ที่มองเข้าไปในตัวส่งสัญญาณ) มีอิทธิพล

โอเคเราได้ออก Z_2 แล้ว:

Z=R1(1+β)

ในหนังสือ Z_1 เรียกว่า Zout


จากการคำนวณของคุณอาจได้ผลลัพธ์ที่ถูกต้อง - อย่างไรก็ตามมันเป็นการประมาณคร่าวๆเท่านั้น ผลลัพธ์ที่แม่นยำมากขึ้น (แม้ว่า stiil การประมาณ) คือ Z = Re || [R1 / β + 1 / gm)] กับ gm = transconductance = Ic / Vt ดูคำตอบจาก MikeJ-UK
LvW

The OP's question was about exercise 2.1 in Art of Electronics 2nd Edition, which asks for the equation that I derived, and wants us to do the derivation by fixing the input voltage.
Elliot

ตกลง - เข้าใจแล้ว แต่อย่างที่คุณรู้การแก้ไข 0.6 โวลต์เป็นวิธีที่ค่อนข้าง "แปลก"
LvW

มันไม่ใช่แค่การลดลงของไดโอด 0.6 โวลต์ที่ได้รับการแก้ไข แต่เป็นอินพุตที่ได้รับการแก้ไขเพื่อจุดประสงค์ของสมการ ในคำถามของ OP พวกเขาอ้างถึงหนังสือ "จับแรงดันแหล่งจ่ายคงที่" ดูเหมือนว่าคนแปลกหน้า ฉันไม่ค่อยเข้าใจ
Elliot

2

ฉันแบ่งปันความคับข้องใจของคุณ AOA อ่านมากกว่าเครื่องมือพื้นฐานเช่นโมเดลสัญญาณขนาดเล็กเพื่อนำคุณไปสู่ผลลัพธ์ที่เป็นกฎอย่างรวดเร็วยิ่งขึ้น หากคุณผ่านการรักษามาตรฐานมากขึ้นการออกกำลังกายนี้จะตรงไปตรงมาเหมือนที่พวกเขามา แต่คุณจะได้รับผลลัพธ์นี้ในภายหลังแน่นอนไม่ได้เริ่มต้นบทที่ 2 ดังนั้นคุณจะต้องสร้างวงจรเร็วขึ้นมากมันเป็นการแลกเปลี่ยน

ดูที่คำใบ้ที่การฝึกใช้ให้:

Exercise 2.4. Show that the preceding relationship is correct.
Hint: hold the source voltage fixed and find the change in output
current for a given forced change in output voltage. Remember
that the source voltage is connected to the base through a series
resistor.

มีขั้นตอนที่ตรงไปตรงมาสำหรับการทำเช่นนี้ จำนวนเสมอเพื่อค้นหาThéveninที่เทียบเท่ากันระหว่างสองพอร์ตของเครือข่ายเชิงเส้น เนื่องจาก AOA ไม่ได้สอนคุณเกี่ยวกับรูปแบบสัญญาณขนาดเล็กสำหรับ BJT ถนนนั้น (มาตรฐาน) จึงปิดตัวคุณ

แม้ว่าพวกเขาจะครอบคลุมThéveninก่อนหน้านี้ IMHO พวกเขาทำงานได้ไม่ดีแม้ในตอนนั้น คุณต้องการคำอธิบายที่ดียิ่งขึ้นเกี่ยวกับวิธีการทำงานกับแบบจำลองสัญญาณขนาดเล็กร่วมกับทฤษฎีบทของThévenin พวกมันส่องแสงเหนือมันและทำท่าราวกับว่ามันถูกอธิบายอย่างถูกต้องซึ่งน่าหงุดหงิดราวกับนรก

นี่คือรูปแบบสัญญาณขนาดเล็กครึ่งๆที่ฉันคิดว่าพวกเขากำลังบอกใบ้:

  • วางตัวต้านทาน Rs ที่อินพุตฐานซึ่งแสดงถึงความต้านทานเอาต์พุตของแหล่งสัญญาณขนาดเล็ก
  • ศูนย์แหล่งอิสระทั้งหมด (แหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าพื้นฐานและ VCC) โดยแทนที่ด้วยแหล่งกำเนิดสั้น
  • ละเลย R เพียงแค่กำจัดมัน
  • วางแหล่งกำเนิดสัญญาณแรงดันขนาดเล็กแทนที่ตัวปล่อย

half-asses small-signal model

เนื่องจากคุณไม่ได้รับการแสดงวิธีเปลี่ยน BJT ด้วยโมเดลสัญญาณขนาดเล็กเชิงเส้นคุณจึงติดอยู่ แต่นี่คือเคล็ดลับเราสามารถใช้ความจริงที่ว่าแรงดันไฟฟ้าของฐานและตัวส่งความร้อนติดตามซึ่งกันและกันในผู้ติดตามตัวปล่อยความร้อน

ข้อโต้แย้งมีดังนี้:

  • แรงดันไฟฟ้าของสัญญาณขนาดเล็กที่ตัวส่งสัญญาณจะต้องสอดคล้องกับการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าเดียวกันที่ฐาน เรียกมันว่าΔโวลต์.
  • การเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้าฐานจะต้องทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในกระแสฐาน Δผม=Δโวลต์Rs.
  • โดยการกระทำของ BJT การเปลี่ยนแปลงของกระแสไฟฟ้าพื้นฐานจะสอดคล้องกับการเปลี่ยนแปลงของตัวส่งกระแสไฟฟ้า Δผมอี=(β+1)Δผม.
  • ตอนนี้เรารู้ถึงแรงดันและกระแสผ่านแหล่งจ่ายแรงดันที่ตัวปล่อยกระแสไฟฟ้าเราสามารถหาอิมพีแดนซ์ที่เทียบเท่าที่เห็น "กำลังมองหา" ในตัวส่งสัญญาณคือความต้านทานเอาต์พุตของตัวติดตามตัวส่งออก

ให้เรา:

Zโอยูเสื้อพียูเสื้อ=Δโวลต์Δผมอี=RsΔผม(β+1)Δผม=Rsβ+1

QED

หมายเหตุ: ณ จุดนี้คุณสามารถเพิ่มกลับได้ R ควบคู่ไปกับ Zโอยูเสื้อพียูเสื้อ.


หากคุณรู้เกี่ยวกับรูปแบบสัญญาณไฮบริด -pi มาตรฐานคุณจะต้องผ่านการฝึกเดียวกันคุณเพียงแค่เปลี่ยน BJT ด้วยวงจรเชิงเส้นสัญญาณขนาดเล็กที่เท่ากันและแก้ปัญหาเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่มีรายละเอียดมากขึ้น:

Zโอยูเสื้อพียูเสื้อ=RE||Rโอ||Rs+Rπβ+1

ที่ไหน

  • RE เป็นตัวต้านทาน emitter (เรียกว่าเพียง R ในหนังสือ).
  • Rs คือความต้านทานเอาต์พุตของแหล่งสัญญาณแรงดันไฟฟ้าขนาดเล็กที่ส่งสัญญาณไปยังฐาน
  • Rโอ เป็นส่วนหนึ่งของรุ่น Hybrid-pi ซึ่งจำลองเอฟเฟกต์ก่อนหน้านี้คุณสามารถละเลยมันได้โดยการตั้งค่า Rโอ=.
  • Rπ เป็นส่วนหนึ่งของรุ่น hybrid-pi ซึ่งขึ้นอยู่กับจุดทำงาน / ตัวสะสมปัจจุบัน Rπ/β โดยทั่วไปแล้วจะอยู่ที่ 1-20 โอห์ม

หากคุณใช้ทั้งหมดข้างต้นเพื่อทำให้การแสดงออกเต็มรูปแบบของคุณง่ายขึ้น

Zโอยูเสื้อพียูเสื้อ=Rsβ+1

ไม่ว่าจะด้วยวิธีใดคุณแสดงให้เห็นว่าผู้ติดตามตัวปล่อยมีผลต่อการลดอิมพิแดนซ์เอาท์พุทของแหล่งกำเนิดซึ่งหมายความว่ามันทำหน้าที่เหมือนแหล่งจ่ายไฟในอุดมคติเช่นมีแรงดันเอาท์พุทลดลงเล็กน้อยเมื่อติดโหลด


0

นี่คือสิ่งที่ฉันได้รับโดยใช้ตัวแบบไฮบริด -i กับตัวต้านทานพื้นฐานของรินและโหลดตัวปล่อยของรีชาร์จ

โวลต์โอ=โวลต์ผมn-(โวลต์ผมn+ผมโอRอี)(Rผมn+Rπ)(Rผมn+Rπ+Rอี(1+β))
dโวลต์โอdผมโอ=Rอี(Rผมn+Rπ)(Rผมn+Rπ)+Rอี(1+β)

ตอนนี้ถ้า Rอี มีขนาดใหญ่และ Rผมn >> Rπสิ่งนี้ใกล้เคียงกับ Rผมn1+β

(β ลาเท็กซ์เร็วกว่ามากมาก ชั่วโมงอี :)


0

หากใครเจอโพสต์นี้ คำถามนี้ตอบอย่างดีที่นี่:

https://www.pdx.edu/nanogroup/sites/www.pdx.edu.nanogroup/files/2013_Input_output_impedance_9.pdf

สิ่งที่คุณมองหาอยู่ในหัวข้อ II.B.2 และ II.B.3


3
มันควรจะคัดลอกข้อมูล relavent และรวมไว้ในโพสต์นี้เป็นลิงค์ลงไปและจากนั้นไม่มีใครสามารถใช้คำตอบนี้
แรงดันขัดขวาง
โดยการใช้ไซต์ของเรา หมายความว่าคุณได้อ่านและทำความเข้าใจนโยบายคุกกี้และนโยบายความเป็นส่วนตัวของเราแล้ว
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.