BJT Puzzler: ¿Emisor común o seguidor de emisor?

Algunos miembros de alta reputación no están de acuerdo con esto en el contexto de otras preguntas, así que pensé en publicarlo como una pregunta separada.

Pregunta: ¿El NPN BJT en este circuito está configurado como emisor común o colector común?

Tenga en cuenta que, quizás de manera inusual, el nodo S + está conectado a tierra y el nodo S es la salida. 'S' aquí significa sentido, pero para los propósitos actuales se puede interpretar como .$V_{out}$

Esto es parte de un circuito de fuente de alimentación de banco de CC, y se ve así a nivel de bloque. Tenga en cuenta que el símbolo de aspecto del amplificador operacional representa el amplificador completo, no el amplificador operacional LF411 específicamente:

Resumiendo el amplificador operacional a una fuente de voltaje de señal, creo que estos dos son diseños alternativos para ver el circuito. Los he diseñado a propósito en formas que recuerdan al emisor común clásico y al colector común (seguidor del emisor) respectivamente.

No quiero estropear la diversión de nadie, así que mi propia conclusión está en la barra de spoilers a continuación. Gire con el mouse para ver si lo desea. Esto representa mi mejor conclusión de trabajo. Todavía tengo una pizca de duda en mi mente :)

Emisor común, más específicamente, emisor conectado a tierra. El BJT agrega ganancia al circuito, proporcional a la resistencia de carga.

Las respuestas deben indicar la razón de su conclusión. Creo que una de las características interesantes de los acertijos como este es que obliga a uno a buscar lo que es esencial en la forma, no solo reconocerlo en forma clásica :)

No iba a responder esta pregunta, ya que ya la había revisado con una pregunta anterior del OP (scanny). Pero, se convirtió 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 plena vista entre la referencia de entrada inversora U1 y$R_{\text{load}}$. Luego, en un comentario, el escaneo sugirió que él 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 debe significar, y todo parecía seguir actuando como un seguidor de emisor, así que no. Pero scanny tenía observaciones adicionales sobre el comportamiento que no tenía ningún sentido para un seguidor de emisor, pero tenía mucho sentido para un emisor común. Entonces, rediseñé 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 de la madrugada.

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

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Redibujar el circuito como un modelo de CA de pequeña señal 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 en visto cuando la salida U1 se modula en este circuito, con el circuito original, verá que los dos circuitos hacen lo mismo.$R_{\text{load}}$

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 son muy parecidas a las que se esperaría para una etapa de potencia de seguidor de emisor. También se espera una topología de seguidor de emisor en una aplicación como esta (generalmente, ya que el emisor común tiene muchas más preocupaciones de estabilidad).$R_{\text{load}}$

Es una especie de encuadre. La gente, por habituación, se carga por resorte para ver primero a un seguidor de emisor. Una vez visto de esa manera, se niegan otros puntos de vista.

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

^{simular este circuito}

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

¿La fuente de alimentación opamp hace referencia a S +? Si es así, el BJT es 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 rediseñado: -

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

El voltaje del emisor hace lo que hace la salida del amplificador operacional (-0.7 voltios más bajo), es decir, es el elemento de control y es un seguidor del emisor.

Si dibujara el circuito con S + como salida y S- siendo llamado "tierra", ¿alguien estaría en desacuerdo con 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 absurdos si SOLO cambio el suelo y las etiquetas de Vout, así que esto es molesto.

Aquí están los resultados según el circuito anterior: -

La ganancia es de 12.146 dB desde DC hasta más de 100 kHz, el punto 3dB es de 1.246 MHz y el ángulo de fase es de -71 grados a esta frecuencia. ¿Me estoy perdiendo de algo? ¿También estoy siendo estúpido (no desconocido)?

Si conecté dos 7805 como este:

¿Convierte el fondo 7805 inestable? Esta es una conexión de circuito perfectamente válida y en la figura 17 de la hoja de datos de Fairchild muestra un ejemplo similar:

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

Si dibuja los equivalentes de CA correctamente y deja de lado la mayor parte de la polarización, los amplificadores CC y CE se ven casi idénticos. (Recuerde, ¡idealmente no fluye 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! Recuerda que en la región lineal,$V_C > V_E$. El modelo AC solo no garantiza eso. Al observar la dirección del flujo de corriente CC + CA se 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 para el nodo emisor, que es emisor común. Si la corriente de carga fluye desde el nodo emisor al nodo colector, que 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 del 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 entrada y 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 base? Intentaré S- primero:

^{simular este circuito}

Barrí Vctrl de 0V a 47V, y vi el comportamiento que esperaría de un seguidor de emisor. Ahora intentaré hacer referencia a la fuente a S +:

^{simular este circuito}

Barrer Vctrl de 0V a 1V ahora me da mucha ganancia en la salida. Supongo que podría llamarlo inversión si cambia la polaridad de salida, así que creo 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 considero que estoy controlando $V_{BE}$con la carga en el colector, entonces 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.