エミッタ接地増幅器回路の動作とその特性

がある さまざまなタイプのトランジスタアンプ AC信号入力を使用して動作します。これは正の値と負の値の間で交換されるため、これは共通エミッタを提示する1つの方法です。 アンプ回路 2つのピーク値の間で機能します。このプロセスはバイアス増幅器として知られており、信号を受信する準備ができているトランジスタ増幅器の正確な動作点を確立することが重要な増幅器の設計であるため、出力信号の歪みを減らすことができます。この記事では、エミッタ接地増幅器の分析について説明します。

アンプとは？

増幅器は、電圧、電流、または電力の観点から弱い入力信号の強度を高めるために使用される電子回路です。弱い信号の強度を上げるプロセスは、増幅として知られています。増幅中の最も重要な制約の1つは、信号の大きさのみが増加し、元の信号形状に変化がないことです。トランジスタ （BJT、FET） はアンプシステムの主要コンポーネントです。トランジスタを増幅器として使用する場合、最初のステップは、デバイスを使用する適切な構成を選択することです。次に、トランジスタにバイアスをかけて、目的のQポイントを取得する必要があります。信号はアンプの入力に適用され、出力ゲインが達成されます。

エミッタ接地アンプとは何ですか？

エミッタ接地アンプは3つの基本的なシングルステージです バイポーラ接合トランジスタ 電圧増幅器として使用されます。このアンプの入力はベース端子から取得され、出力はコレクタ端子から収集され、エミッタ端子は両方の端子に共通です。エミッタ接地アンプの基本記号を以下に示します。

エミッタ接地アンプ

エミッタ接地アンプの構成

電子回路設計では、エミッタ接地、ベース接地、コレクタ接地の3種類のトランジスタ構成が使用されており、その主な特性からエミッタ接地が最も多く使用されています。

この種の増幅器には、ベース端子に与えられた信号が含まれ、出力は回路のコレクタ端子から受信されます。しかし、その名前が示すように、エミッタ回路の主な属性は、入力と出力の両方でよく知られています。

エミッタ接地トランジスタの構成は、ほとんどの電子回路設計で広く使用されています。この構成は、PNPトランジスタやNPNトランジスタなどのトランジスタの両方に均等に適していますが、これらのトランジスタが広く使用されているため、NPNトランジスタが最も頻繁に使用されます。

エミッタ接地増幅器構成では、BJTのエミッタは、以下に示すように、入力信号と出力信号の両方に共通です。配置は同じです PNPトランジスタ 、ただしバイアスはw.r.tNPNトランジスタの反対になります。

CEアンプ構成

エミッタ接地アンプの動作

信号がエミッタ-ベース接合に印加されると、この接合の順方向バイアスは上半周期で増加します。これにより、エミッタからベースを介してコレクタへの電子の流れが増加し、コレクタ電流が増加します。コレクタ電流が増加すると、コレクタ負荷抵抗RCの両端の電圧降下が大きくなります。

CEアンプの動作

負の半サイクルは、エミッタ-ベース接合間の順方向バイアス電圧を減少させます。コレクタベース電圧が減少すると、コレクタ抵抗Rc全体のコレクタ電流が減少します。したがって、増幅された負荷抵抗はコレクタ抵抗の両端に現れます。エミッタ接地アンプ回路は上に示されています。

図（b）に示すCE回路の電圧波形から、入力波形と出力波形の間に180度の位相シフトがあることがわかります。

エミッタ接地アンプの動作

以下の回路図は、エミッタ接地アンプ回路と 分圧器で構成されています バイアス。必要に応じてベースバイアス電圧を供給するために使用されます。分圧器バイアスには、ベースバイアス電圧を供給するために中点が使用されるように接続された2つの抵抗を備えた分圧器があります。

エミッタ接地アンプ回路

違いがある 電子部品の種類 エミッタ接地アンプでは、順方向バイアスにR1抵抗を使用し、バイアスの発生にR2抵抗を使用し、出力にRL抵抗を使用します。これを負荷抵抗と呼びます。 RE抵抗は熱安定性のために使用されます。 C1コンデンサは、AC信号をDCバイアス電圧から分離するために使用され、コンデンサは次のように知られています。 カップリングコンデンサ 。

この図は、R2抵抗が増加すると、バイアスとゲインのエミッタ接地増幅器のトランジスタ特性が増加し、順方向バイアスが増加し、R1とバイアスが互いに反比例することを示しています。ザ・ 交流電流 エミッタ接地増幅器回路のトランジスタのベースに適用されると、小さなベース電流が流れます。したがって、RC抵抗の助けを借りてコレクタに大量の電流が流れます。値が非常に高く、値が4〜10kΩであるため、抵抗RC付近の電圧が変化します。したがって、弱い信号から増幅されたコレクタ回路には大量の電流が存在するため、エミッタ接地トランジスタは増幅器回路として機能します。

エミッタ接地増幅器の電圧利得

エミッタ接地増幅器の電流利得は、ベース電流の変化に対するコレクタ電流の変化の比率として定義されます。電圧ゲインは、電流ゲインと、コレクタの出力抵抗とベース回路の入力抵抗の比の積として定義されます。次の式は、電圧ゲインと電流ゲインの数式を示しています。

β=ΔIc/ΔIb

Av =βRc/ Rb

回路要素とその機能

エミッタ接地増幅器の回路要素とその機能については、以下で説明します。

バイアス回路/分圧器

を形成するために使用される抵抗R1、R2、およびRE 電圧バイアスおよび安定化回路 。バイアス回路は適切な動作Qポイントを確立する必要があります。そうしないと、信号の負の半サイクルの一部が出力でカットオフされる可能性があります。

入力コンデンサ（C1）

コンデンサC1は、信号をBJTのベース端子に結合するために使用されます。そこにない場合、信号源抵抗RsはR2に出くわすため、バイアスが変化します。 C1は、AC信号のみが流れることを許可しますが、信号ソースをR2から分離します。

エミッタバイパスコンデンサ（CE）

エミッタバイパスコンデンサCEはREと並列に使用され、増幅されたAC信号への低リアクタンスパスを提供します。使用しない場合、REを通過する増幅されたAC信号により、両端の電圧が低下し、出力電圧が低下します。

カップリングコンデンサ（C2）

カップリングコンデンサC2は、増幅の1つのステージを次のステージに結合します。この手法は、2つの結合回路のDCバイアス設定を分離するために使用されました。

CEアンプ回路電流

ベース電流iB = IB + ibここで、

IB =信号が印加されていないときのDCベース電流。

ib = AC信号が印加されたときのACベース、iB =合計ベース電流。

コレクタ電流iC = IC + icここで、

iC =総コレクタ電流。

IC =ゼロ信号コレクタ電流。

ic = AC信号が印加されたときのACコレクタ電流。

エミッタ電流iE = IE +つまり、ここで、

IE =ゼロ信号エミッタ電流。

Ie = AC信号が印加されたときのACエミッタ電流。

iE =総エミッタ電流。

エミッタ接地増幅器の分析

エミッタ接地増幅器回路のAC解析の最初のステップは、すべてのDCソースをゼロに減らし、すべてのコンデンサを短絡することによって、AC等価回路を描くことです。下図にAC等価回路を示します。

CEアンプのAC等価回路

AC解析の次のステップは、AC等価回路のトランジスタをhパラメータモデルに置き換えて、hパラメータ回路を描くことです。下の図は、CE回路のhパラメータ等価回路を示しています。

エミッタ接地増幅器のhパラメータ等価回路

典型的なCE回路の性能を以下に要約します。

• デバイスの入力インピーダンス、Zb = hie
• 回路入力インピーダンス、Zi = R1 || R2 || Zb
• デバイス出力インピーダンス、Zc = 1 / hoe
• 回路出力インピーダンス、Zo = RC || ZC≈RC
• 回路電圧ゲイン、Av = -hfe / hie *（Rc || RL）
• 回路電流ゲイン、AI = hfe。 RC。 Rb /（Rc + RL）（Rc + hie）
• 回路の電力利得、Ap = Av * Ai

CEアンプの周波数応答

CEアンプの電圧利得は信号周波数によって異なります。これは、回路内のコンデンサのリアクタンスが信号周波数によって変化し、出力電圧に影響を与えるためです。電圧利得と増幅器の信号周波数の間に描かれた曲線は、周波数応答として知られています。下の図は、一般的なCEアンプの周波数応答を示しています。

周波数応答

上のグラフから、電圧ゲインは低周波数（FH）で低下するのに対し、中周波数範囲（FL〜FH）では一定であることがわかります。

低周波数で（ カップリングコンデンサC2のリアクタンスは比較的高いため、信号のごく一部がアンプ段から負荷に渡されます。

さらに、CEは低周波数でのリアクタンスが大きいため、REを効果的にシャントできません。これらの2つの要因により、低周波数で電圧ゲインが低下します。

高周波（> FH）で カップリングコンデンサC2のリアクタンスは非常に小さく、短絡として動作します。これにより、アンプ段の負荷効果が高まり、電圧ゲインが低下します。

さらに、高周波では、ベース-エミッタ接合の容量性リアクタンスが低く、ベース電流が増加します。この周波数により、電流増幅率βが減少します。これら2つの理由により、電圧ゲインは高周波で低下します。

中周波数（FLからFH） アンプの電圧利得は一定です。この周波数範囲でのカップリングコンデンサC2の効果は、一定の電圧利得を維持することなどです。したがって、この範囲で周波数が高くなると、CCのリアクタンスが低下し、ゲインが高くなる傾向があります。

ただし、同時に、リアクタンスが低いほど、互いにほぼ打ち消し合うことを意味し、中周波数で均一なフェアになります。

増幅回路の周波数応答は、出力がかなり安定している周波数帯域を示しているため、入力信号の周波数の変化による性能の違いであることがわかります。回路帯域幅は、ƒHとƒLの間の小さいまたは大きい周波数範囲として定義できます。

したがって、これから、特定の周波数範囲での正弦波入力の電圧ゲインを決定できます。対数表現の周波数応答はボード線図です。ほとんどのオーディオアンプは、20 Hz〜20kHzの範囲のフラットな周波数応答を持っています。オーディオアンプの場合、周波数範囲は帯域幅として知られています。

ƒLやƒHのような周波数ポイントは、アンプの下部コーナーと上部コーナーに関連しています。これらは、高周波数と低周波数での回路のゲイン降下です。これらの周波数ポイントは、デシベルポイントとも呼ばれます。したがって、BWは次のように定義できます。

BW = fH – fL

dB（デシベル）はB（ベル）の1/10であり、ゲインを測定するためのよく知られた非線形単位であり、20log10（A）のように定義されます。ここで、「A」は、y軸上にプロットされた10進ゲインです。

最大出力は、1の振幅関数に向かって通信するゼロデシベルを介して取得できます。それ以外の場合は、この周波数レベルで減少がないときにVout = Vinで発生します。

VOUT / VIN = 1、つまり20log（1）= 0dB

上のグラフから、2つのカットオフ周波数ポイントでの出力が0dBから-3dBに減少し、固定レートで低下し続けることがわかります。ゲイン内のこの減少は、一般に周波数応答曲線のロールオフセクションとして知られています。すべての基本的なフィルタおよび増幅器回路で、このロールオフレートは20dB /ディケードとして定義できます。これは、6dB /オクターブレートに相当します。したがって、回路の次数はこれらの値で乗算されます。

これらの-3dBカットオフ周波数ポイントは、o / pゲインを最大値の70％に下げることができる周波数を表します。その後、周波数点は、システムのゲインが最大値の0.7に低下した周波数でもあると適切に言うことができます。

エミッタ接地トランジスタアンプ

エミッタ接地トランジスタアンプの回路図は共通の構成であり、トランジスタ回路の標準フォーマットですが、電圧利得が望まれます。エミッタ接地増幅器も反転増幅器として変換されます。ザ・ トランジスタのさまざまなタイプの構成 アンプはベース接地、コレクタ接地トランジスタと図を次の回路に示します。

エミッタ接地トランジスタアンプ

エミッタ接地アンプの特性

• エミッタ接地アンプの電圧利得は中程度です
• エミッタ接地アンプのパワーゲインが高い
• 入力と出力には180度の位相関係があります
• エミッタ接地アンプでは、入力抵抗と出力抵抗は中程度です。

バイアスとゲインの特性グラフを以下に示します。

特徴

トランジスタバイアス電圧

トランジスタがアクティブになると、Vcc（供給電圧）が最大のIc（コレクタ電流）を決定します。トランジスタのIb（ベース電流）は、トランジスタのIc（コレクタ電流）とDC電流ゲインβ（ベータ）から求めることができます。

VB = VCC R2 / R1 + R2

ベータ値

「β」は「hFE」と呼ばれることもあります。これは、CE構成内のトランジスタの順方向電流ゲインです。ベータ（β）は、IcとIbのような2つの電流の固定比率であるため、単位は含まれていません。したがって、ベース電流内の小さな変化は、コレクタ電流内で大きな変化をもたらします。

同じタイプのトランジスタとその部品番号には、「β」値の範囲内で大きな変化が含まれます。たとえば、BC107のようなNPNトランジスタにはベータ値が含まれています（データシートに基づくと、DC電流ゲインは110〜450です。したがって、1つのトランジスタには110ベータ値が含まれ、別のトランジスタには450ベータ値が含まれる場合がありますが、両方のトランジスタはベータはトランジスタの構造の特徴であるが、その機能の特徴ではないため、NPNBC107トランジスタ。

トランジスタのベースまたはエミッタ接合が順方向バイアスで接続されている場合、エミッタ電圧「Ve」は、電圧降下がベース端子の電圧とは異なる単一の接合になります。エミッタ電流（Ie）は、エミッタ抵抗の両端の電圧に他なりません。これは、オームの法則から簡単に計算できます。 「Ic」（コレクタ電流）は、エミッタ電流とほぼ同じ値であるため、概算できます。

エミッタ接地増幅器の入力および出力インピーダンス

どの電子回路設計でも、インピーダンスレベルは考慮する必要のある主要な属性の1つです。入力インピーダンスの値は通常1kΩの範囲ですが、これは条件や回路の値によって大幅に異なる場合があります。入力インピーダンスが低くなるのは、順方向にバイアスされた接合があるため、入力がトランジスタのようなベースとエミッタの2つの端子間に与えられるという事実に起因します。

また、o / pインピーダンスは、選択した電子部品の値と許容電流レベルによって再び大幅に変化するため、比較的高くなります。 o / pインピーダンスは最低10kΩで、それ以外の場合は高い可能性があります。しかし、電流ドレインによって高レベルの電流を引き出すことができる場合、o / pインピーダンスは大幅に低下します。インピーダンスまたは抵抗レベルは、逆バイアスされた接合部があるため、出力がコレクタ端子から使用されるという事実に基づいています。

シングルステージエミッタ接地アンプ

エミッタ接地増幅器を以下に示し、さまざまな回路要素とその機能を以下に示します。

バイアス回路

バイアスや安定化などの回路は、R1、R2、REなどの抵抗で形成できます。

入力容量（Cin）

入力容量は、トランジスタのベース端子に向かう信号を結合するために使用される「Cin」で表すことができます。

この静電容量を使用しない場合、信号源の抵抗が抵抗「R2」の両端に近づき、バイアスが変化します。このコンデンサは、単にAC信号を供給することを可能にします。

エミッタバイパスコンデンサ（CE）

エミッタバイパスコンデンサの接続は、REと並列に行うことができ、増幅されたAC信号に向けて低いリアクタンスレーンを提供します。使用しない場合、増幅されたAC信号がRE全体に流れて電圧降下が発生するため、o / p電圧をシフトできます。

カップリングコンデンサ（C）

このカップリングコンデンサは、主に増幅された信号をo / pデバイスに向けて結合するために使用され、AC信号を簡単に供給できるようにします。

ワーキング

トランジスタのベース端子に弱い入力AC信号が与えられると、このトランジスタが作用するため、少量のベース電流が供給され、高いACが供給されます。電流はコレクタ負荷（RC）全体に流れるため、高電圧がコレクタ負荷と出力の両端に現れる可能性があります。したがって、微弱な信号がベース端子に向かって印加され、コレクタ回路内に増幅された形で現れます。 Avのようなアンプの電圧ゲインは、増幅された入力電圧と出力電圧の関係です。

周波数応答と帯域幅

いくつかの入力周波数に対するAvのようなアンプの電圧ゲインを結論付けることができます。その特性は、X軸の周波数のように両方の軸に描くことができますが、電圧ゲインはY軸にあります。特性に示されている周波数応答のグラフを得ることができます。したがって、このアンプのゲインは非常に高い周波数と低い周波数で減少する可能性がありますが、中周波数領域の広い範囲で安定しています。

fLまたは低カットオフ周波数は、周波数が1未満の場合と定義できます。周波数範囲は、アンプのゲインが中周波数のゲインの2倍になるように決定できます。

fL（上限カットオフ周波数）は、周波数が高範囲にあり、アンプのゲインが中周波数のゲインの1 /√2倍である場合と定義できます。

帯域幅は、ローカットオフ周波数とアッパーカットオフ周波数の間の周波数の間隔として定義できます。

BW = fU-fL

エミッタ接地増幅器の実験理論

このCENPNトランジスタアンプの主な目的は、その動作を調査することです。

CEアンプはトランジスタアンプの主要な構成の1つです。このテストでは、学習者は基本的なNPNCEトランジスタ増幅器を設計および調査します。学習者がAC等価回路の使用のようなトランジスタ増幅器の理論についてある程度の知識を持っていると仮定します。したがって、学習者は、ラボで実験を実行するための独自のプロセスを設計すると推定されます。ラボ前の分析が完全に完了したら、実験結果を分析してレポートに要約できます。

必要なコンポーネントは、NPNトランジスタ（2N3904および2N2222）、VBE = 0.7V、ベータ= 100、プレラボの分析ではr’e = 25mv / IEです。

プレラボ

回路図に従って、近似手法を使用してVe、IE、VC、VB、VCEなどのDCパラメータを計算します。 AC等価回路をスケッチし、Av（電圧ゲイン）、Zi（入力インピーダンス）、Zo（出力インピーダンス）を計算します。また、回路内のA、B、C、D、Eなどのさまざまなポイントで予測可能な複合波形をスケッチします。ポイント「A」で、仮定のVinは100 mvのピーク、5kHzの正弦波のようになります。

電圧増幅器の場合、入力インピーダンス、依存する電圧源、およびo / pインピーダンスを使用して回路を描画します。

アンプへの入力信号を介して直列にテスト抵抗を挿入することにより、Ziのような入力インピーダンス値を測定し、ACジェネレータの信号がアンプの入力に実際にどの程度現れるかを測定します。

出力インピーダンスを決定するには、負荷抵抗を瞬間的に取り出し、無負荷のac o / p電圧を計算します。その後、負荷抵抗を元に戻し、再度aco / p電圧を測定します。出力インピーダンスを決定するために、これらの測定値を使用できます。

ラボでの実験

それに応じて回路を設計し、上記のすべての計算を確認してください。オシロスコープでDC結合とデュアルトレースを利用します。その後、エミッタ接地を一時的に取り出し、再度o / p電圧を測定します。ラボ前の計算を使用して結果を評価します。

利点

エミッタ接地アンプの利点は次のとおりです。

• エミッタ接地アンプは入力インピーダンスが低く、反転アンプです
• このアンプの出力インピーダンスは高いです
• このアンプは、中程度の電圧および電流ゲインと組み合わせると、最高のパワーゲインを持ちます。
• エミッタ接地アンプの電流利得が高い

短所

エミッタ接地アンプのデメリットは次のとおりです。

• 高周波では、エミッタ接地アンプが応答しません
• このアンプの電圧利得は不安定です
• これらのアンプの出力抵抗は非常に高いです
• これらのアンプでは、高い熱不安定性があります
• 高出力抵抗

アプリケーション

エミッタ接地増幅器の用途は次のとおりです。

• エミッタ接地増幅器は、低周波電圧増幅器で使用されます。
• これらのアンプは通常、RF回路で使用されます。
• 一般的に、アンプは低ノイズアンプで使用されます
• エミッタ接地回路は、特に低周波数での電圧増幅に適しているため、人気があります。
• エミッタ接地増幅器は、無線周波数トランシーバ回路でも使用されます。
• 低ノイズアンプで一般的に使用されるエミッタ接地構成。

この記事では エミッタ接地アンプの動作 回路。上記の情報を読むことにより、この概念についてのアイデアが得られます。さらに、これに関する質問、または必要な場合 電気プロジェクトを実施する 、以下のセクションにコメントしてください。ここにあなたへの質問があります、エミッタ接地アンプの機能は何ですか？