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La dégénérescence des émetteurs est une technique fondamentale de conception d'amplificateurs bipolaires (BJT) qui améliore de façon significative les performances et la fiabilité des circuits. En ajoutant une petite résistance entre l'émetteur et la source de signal commune, les concepteurs peuvent obtenir une meilleure stabilité, une distorsion réduite et des caractéristiques de gain plus prévisibles.

Qu'est-ce que la dégénérescence d'émitters?

La dégénérescence des émetteurs dans un amplificateur peut être décrite comme si la totalité ou une partie d'une résistance d'émetteur n'est pas contournée pour ac ou rf. Dans une configuration typique d'amplificateurs communs, la résistance d'émetteur utilisée pour le biaisage DC est souvent contournée avec un condensateur pour maximiser le gain en courant alternatif.

Le terme « dégénérescence » désigne la réduction du gain de tension qui se produit lorsque cette technique est appliquée. Bien que cela puisse sembler initialement un désavantage, le compromis apporte des améliorations substantielles dans d'autres caractéristiques de circuit qui l'emportent souvent sur la réduction du gain. La dégénérescence d'émitter est une propriété importante dans la conception d'amplificateurs stables, ce qui en fait une pratique standard dans la conception de circuits analogiques professionnels.

La théorie derrière la dégénérescence des émoteurs

Mécanisme de rétroaction négatif

La dégénérescence de l'émateur introduit une forme de rétroaction négative dans le circuit de l'amplificateur de transistor. Lorsqu'un signal AC est appliqué à la base du transistor, il provoque des variations dans le courant de l'émetteur. Avec une résistance de l'émetteur non contournée présente, ces variations de courant créent des changements de tension correspondants à travers la résistance. Cette tension s'oppose au signal d'entrée, réduisant efficacement la tension nette entre la base et l'émetteur (VBE.

Ce mécanisme de rétroaction négative est ce qui rend la dégénérescence de l'émetteur si précieuse. La rétroaction compense automatiquement les variations des paramètres de transistor, des changements de température et d'autres facteurs qui autrement provoqueraient un comportement de circuit imprévisible.

Gain de sensibilité et paramètres transistor

Un amplificateur BJT commun de base a un gain très élevé qui peut varier considérablement d'un transistor à l'autre. Le gain est une forte fonction de la température et du courant de biais, ce qui le rend quelque peu imprévisible dans les applications pratiques. Le paramètre de gain actuel bêta (β) peut varier considérablement même parmi les transistors du même lot de fabrication.

Sans dégénérescence de l'émetteur, le gain de tension d'un amplificateur à émutter commun est principalement déterminé par la transconductivité (gm du transistor et la résistance à la charge du collecteur. Comme la transconductivité est directement proportionnelle au courant du collecteur et inversement proportionnelle à la température, le gain devient très sensible aux conditions de fonctionnement.

Analyse des petits signaux

Pour comprendre la dégénérescence de l'émetteur dans une perspective à petit signal, il faut considérer la résistance intrinsèque de l'émetteur du transistor (re.Ce paramètre représente la résistance dynamique de la jonction base-émetteur et est calculé comme re = VT[/IE, où V[T[ est la tension thermique (environ 26 mV à température ambiante) et I[E est le courant de l'émetteur.

Lorsqu'une résistance externe (RE[) est ajoutée sans contournement, la résistance totale dans le circuit d'émetteur devient r[e[ + RE. Cette résistance accrue réduit la transconductivité effective de l'amplificateur, réduisant ainsi le gain de tension. Cependant, parce que R[E est généralement beaucoup plus grand que re, le gain devient principalement déterminé par les valeurs de résistance externe plutôt que par les paramètres intrinsèques du transistor.

Calcul des paramètres de dégénérescence des émateurs

Formules de gain de tension

Le gain de tension d'un amplificateur à émetteur commun avec dégénérescence d'émetteur peut être exprimé sous plusieurs formes équivalentes. Le gain de tension est donné par -RC / (re + RE, où R[C[ est la résistance du collecteur, re est la résistance intrinsèque de l'émetteur, et RE est la résistance de l'émetteur externe.

Lorsque la résistance de l'émetteur externe est beaucoup plus grande que la résistance intrinsèque de l'émetteur (RE[ >> r[e[), ce qui est souvent le cas dans les conceptions pratiques, la formule de gain simplifie considérablement. Le gain de tension de petit signal de l'amplificateur commun avec la résistance de l'émetteur est approximativement R[L[/RE. Cette approximation est extrêmement utile pour des calculs de conception rapide et montre que le gain est essentiellement déterminé par le rapport entre deux résistances externes.

En utilisant l'approche de la transconductivité, le gain peut également être exprimé comme AV = -g[m[R[C / (1 + gm[R[E[). Ce formulaire est particulièrement utile lorsque l'on travaille avec des fiches de données transistors qui spécifient la transconductivité ou lorsqu'on effectue une analyse assistée par ordinateur.

Sélection de la valeur du résistor d'émitter

Le choix de la valeur appropriée pour la résistance à la dégénérescence de l'émetteur implique l'équilibre de plusieurs exigences concurrentes. La résistance doit être suffisamment grande pour assurer une stabilité adéquate et un contrôle de gain, mais pas si grande qu'elle compromet le point de biais DC ou nécessite une tension d'alimentation excessive.

Pour un gain de tension désiré AV, la résistance de l'émetteur peut être calculée comme R[E[ = RC /-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Dans les cas où un gain supérieur à 5-10 est nécessaire, RE peut devenir si petit que la condition de biais nécessaire, V[E[ = RE[*IE[ > 10* VT ne peut être atteint. Dans de telles situations, les concepteurs utilisent souvent une configuration de résistance d'émetteur avec un condensateur de contournement, dont nous discuterons plus en détail plus tard.

Calculs de l'impédance d'entrée

L'un des avantages significatifs de la dégénérescence de l'émetteur est l'augmentation de l'impédance d'entrée. La résistance d'entrée de base est (β+1) fois la résistance totale dans le circuit de l'émetteur.

La résistance d'entrée à la base peut être calculée comme R[in(base)[] = (β + 1)(re[ + RE). Lorsque R[E[ est beaucoup plus grand que re, cela simplifie environ R[]in(base)[ -[β + 1)R]E[. Cela représente une augmentation substantielle par rapport à un amplificateur sans dégénérescence d'émetteur, où la résistance d'entrée serait seulement (β + 1)r]e.

L'impédance totale de l'entrée de l'étage de l'amplificateur doit également tenir compte des résistances de biais. L'impédance effective de l'entrée est la combinaison parallèle des résistances de biais et de la résistance de base : Rin = R1 -R[2 -Rin(base), où R1 et R2 sont les résistances de biais de diviseur de tension.

Facteurs d'impédance

L'impédance de sortie d'un amplificateur à émulateur commun avec dégénérescence de l'émetteur est principalement déterminée par la résistance du capteur et la résistance de sortie du transistor. Pour la plupart des applications pratiques, l'impédance de sortie peut être approchée comme la combinaison parallèle de la résistance du capteur et de toute résistance de charge externe.

Bien que la dégénérescence des émetteurs améliore considérablement l'impédance d'entrée, son effet sur l'impédance de sortie est minime dans la configuration des émetteurs communs. L'impédance de sortie reste relativement élevée, ce qui explique pourquoi les stades des émetteurs communs sont souvent suivis par des étapes tampons telles que les abonnés des émetteurs lors de la conduite de charges à faible impédance.

Mise en œuvre pratique des circuits

Circuit de dégénérescence de base des émetteurs

Un amplificateur de base à émetteur commun avec dégénérescence de l'émetteur est constitué du transistor, d'un diviseur de tension pour le biais de base (R1 et R2, d'une résistance de collecteur (R[C), et d'une résistance d'émetteur non contournée (R[E[.

La résistance de l'émetteur peut être divisée en deux résistances, et la résistance totale n'a pas changé. Ainsi, l'analyse des biais DC n'a pas changé. Cette approche de résistance à la rupture permet aux concepteurs de maintenir un biais de DC approprié tout en mettant en œuvre des quantités contrôlées de dégénérescence AC.

Résistor d'émitters Split avec le capaciton de dérivation

Lorsque le gain est plus élevé tout en maintenant les avantages de la dégénérescence des émetteurs, les concepteurs utilisent souvent une configuration de résistance à l'émetteur fractionné. La résistance unique du réseau de biais est remplacée par une paire de résistances, RE et RSW[, ainsi qu'un condensateur de contournement, CE.

Pour DC, le condensateur est ouvert et la résistance efficace au biais de l'émetteur est RE[ + RSW. Pour AC, le condensateur se comportera idéalement comme un court, de sorte que la résistance de l'émetteur AC tombera juste à RSW[. Cette configuration offre une excellente stabilité DC grâce à la résistance de l'émetteur tout en permettant un gain AC plus élevé grâce à la résistance de l'émetteur AC réduite.

Une façon de restaurer le gain de tension du petit signal tout en maintenant le biais de fonctionnement DC souhaité est d'utiliser un condensateur de dérivation. Le petit signal AC voit une résistance de l'émetteur juste RE1 tandis que pour le biais DC la résistance de l'émetteur est la combinaison de série de R[E = RE1+RE2. La valeur du condensateur de dérivation doit être choisie pour fournir une faible impédance à la fréquence la plus basse d'intérêt dans l'application.

Considérations relatives à la conception des différends en DC

Un biaisage DC approprié est essentiel pour un fonctionnement fiable de l'amplificateur. La chute de tension ajoutée à travers RE[ (RE[*IE rend en fait le point d'exploitation (IC[) beaucoup moins sensible au niveau de biais.

Une approche de conception commune consiste à répartir la tension d'alimentation en trois parties à peu près égales : un tiers sur la résistance du collecteur, un tiers sur le transistor (VCE), et un tiers sur la résistance de l'émetteur. Cela fournit une bonne capacité de basculement du signal tout en maintenant le transistor dans sa région active. La tension de base est ensuite réglée à environ 0,7 V au-dessus de la tension de l'émetteur pour biaiser la jonction entre la base et l'émetteur.

Lignes directrices pour la sélection des composantes

Lors de la sélection des composants d'un amplificateur dégénéré par émetteur, plusieurs considérations pratiques entrent en jeu. Les résistances de biais (R1 et R[2) doivent être choisies pour fournir un diviseur de tension rigide qui n'est pas chargé de façon significative par le courant de base. Une règle courante est de faire le courant à travers le diviseur de tension environ 10 fois le courant de base.

La fréquence de coupure du condensateur d'accouplement d'entrée est déterminée par fc = 1 / (2πC]inRin[), où R[in est l'impédance d'entrée de l'étape de l'amplificateur. De même, la fréquence de coupure du condensateur d'accouplement d'entrée dépend de l'impédance de sortie et de la résistance à la charge.

Pour le condensateur de contournement en configurations à résistance fractionnée, la valeur doit être choisie pour fournir une coupure de basse fréquence bien en dessous des fréquences de signal d'intérêt. Le condensateur de contournement crée une réponse dépendante de la fréquence, le gain augmentant à des fréquences plus élevées où le condensateur raccourcit efficacement une partie de la résistance de l'émetteur.

Avantages de la dégénérescence des émitters

Amélioration de la stabilité des gains

Le gain de tension dépend presque exclusivement du rapport des résistances RL[ / RE[ plutôt que des caractéristiques intrinsèques et imprévisibles du transistor. C'est peut-être l'avantage le plus important de la dégénérescence de l'émetteur. En rendant le gain dépendant des rapports de résistance externes plutôt que des paramètres du transistor, les concepteurs peuvent obtenir des performances prévisibles et répétables sur différents transistors et conditions de fonctionnement.

Indépendamment des chiffres de gain du transistor qui varient sauvagement, même dans le même lot, nous pouvons maintenant programmer notre gain à des niveaux pratiques. Ce gain de prévisibilité est crucial dans les environnements de production où les amplificateurs doivent répondre aux spécifications, indépendamment des variations normales de composants.

Linéarité accrue et distorsion réduite

Les caractéristiques de distorsion et de stabilité du circuit sont ainsi améliorées au détriment d'une réduction du gain. La rétroaction négative introduite par l'émetteur dégénératrice linéarise la caractéristique de transfert du transistor, réduisant ainsi la distorsion harmonique dans le signal de sortie.

Les problèmes associés au circuit sont la faible plage dynamique d'entrée imposée par la limite de petits signaux; il y a une forte distorsion si cette limite est dépassée et le transistor cesse de se comporter comme son modèle de petits signaux. La dégénérescence d'émitter étend la plage de fonctionnement linéaire de l'amplificateur, lui permettant de gérer des signaux d'entrée plus importants avant que la distorsion ne devienne significative.

La linéarité améliorée rend les amplificateurs dégénérés par l'émetteur particulièrement adaptés aux applications nécessitant une faible distorsion, comme les amplificateurs audio, les amplificateurs d'instrumentation et les circuits de traitement de signaux à haute fidélité. La réduction de la distorsion harmonique et intermodulation peut être importante, améliorant souvent les chiffres de distorsion de 10 dB ou plus par rapport aux amplificateurs sans dégénérescence.

Stabilité à la température

Les variations de température affectent de façon significative les paramètres du transistor, en particulier la tension de base-émateur et le gain de courant. Sans dégénérescence de l'émetteur, ces changements induits par la température peuvent entraîner des changements importants dans le gain d'amplificateur et le point de biais.

Avec l'augmentation de la température, la tension de base-émateur diminue (environ -2 mV/°C), ce qui entraîne normalement une augmentation du courant collecteur. Cependant, avec la dégénérescence de l'émetteur, le courant accru produit une baisse de tension plus importante à travers la résistance de l'émetteur, qui s'oppose au changement de tension de base-émateur.

La stabilité de la température fournie par la dégénérescence de l'émetteur est particulièrement importante dans les applications où l'amplificateur doit fonctionner sur une large plage de température ou où la dissipation de puissance provoque une auto-chauffement importante.

Impédance accrue des intrants

La résistance ou impédance d'entrée de notre amplificateur devient maintenant Beta (a.c.) fois Re qui dans ce cas était quelque chose comme 90 * 500 ohms = 45000. C'est une figure assez élevée et cela signifie que l'étape précédente ne serait pas chargée. Cette impédance d'entrée accrue est un avantage pratique majeur dans les modèles d'amplificateur multi-étapes.

Une impédance d'entrée plus élevée réduit les effets de charge sur le stade de conduite, permettant un meilleur transfert du signal et empêchant la perte de gain due aux interactions d'impédance de source. Ceci est particulièrement important lorsque plusieurs stades d'amplificateur en cascade ou lorsque la source de signal a une impédance de sortie importante, comme des capteurs piézoélectriques, des microphones à haute impédance ou certains types de transducteurs.

L'augmentation de l'impédance d'entrée est proportionnelle à la résistance de dégénérescence de l'émetteur, ce qui donne aux concepteurs une façon simple d'atteindre les valeurs d'impédance d'entrée souhaitées.

Extension de la largeur de bande

Avec l'augmentation de la résistance de l'émetteur, le gain diminue, tandis que la bande passante augmente. Ce compromis gain-bande est une caractéristique fondamentale de la dégénérescence de l'émetteur et peut être exploité pour optimiser les performances de l'amplificateur pour des applications spécifiques.

La dégénérescence des émetteurs réduit le gain de l'amplificateur de l'émetteur commun, mais étend la bande passante en piquant partiellement la capacité de base-émetteur et en abaissant la constante de temps Cμ en abaissant le gain. L'effet Miller, qui multiplie la capacité de base-capteur et limite la réponse à haute fréquence, est réduit lorsque le gain de tension est diminué par la dégénérescence des émetteurs.

Pour les applications à large bande, comme les amplificateurs vidéo, les amplificateurs RF et les systèmes d'acquisition de données à grande vitesse, l'extension de bande passante fournie par la dégénérescence de l'émetteur peut être cruciale.

Réduction de la sensibilité aux variations bêta

Le gain actuel (β) des transistors bipolaires varie considérablement entre les appareils individuels, même du même lot de production. Il varie également avec le courant collecteur, la température et le vieillissement. Sans dégénérescence de l'émetteur, ces variations β affectent directement le gain amplificateur, rendant imprévisibles les performances du circuit.

La dégénérescence de l'amplificateur rend le gain largement indépendant de β, à condition que β soit raisonnablement grand (généralement supérieur à 50). Cette β-indépendance est obtenue parce que le gain devient déterminé principalement par le rapport de résistance externe plutôt que par le gain de courant du transistor.

Cette sensibilité réduite aux variations β simplifie la fabrication et réduit le besoin de sélection ou de correspondance des transistors. Elle améliore également la fiabilité à long terme, car la performance de l'amplificateur reste stable, même si les paramètres des transistors dérivent avec l'âge.

Échanges et considérations de conception

Réduction des gains

Bien que ce compromis soit généralement utile pour les améliorations de stabilité et de linéarité, il signifie que des étapes de gain plus importantes peuvent être nécessaires pour obtenir un gain global souhaité du système. Dans les applications où le gain maximal de chaque étape est critique, la réduction du gain peut être un facteur limitant.

Cependant, la réduction du gain peut souvent être atténuée par une conception soignée. L'utilisation d'une résistance à l'émetteur fractionné avec un contournement partiel permet aux concepteurs de parvenir à un compromis entre gain et stabilité.

Exigences relatives à la tension d'alimentation électrique

La dégénérescence des émetteurs nécessite une partie de la tête de tension supplémentaire dans l'alimentation pour permettre la chute de tension à travers la résistance de l'émetteur. Dans les applications à basse tension, cela peut être une contrainte importante. La tension à travers la résistance de l'émetteur réduit la balance de tension disponible au collecteur, limitant potentiellement l'amplitude maximale du signal de sortie.

Les concepteurs doivent soigneusement équilibrer la quantité de dégénérescence de l'émetteur par rapport à la tension d'alimentation disponible et au mouvement de signal requis. Dans les applications alimentées par batterie ou à basse tension, cela peut limiter la quantité de dégénérescence qui peut être mise en œuvre pratiquement.

Considérations relatives au bruit

La résistance à la dégénérescence de l'émetteur contribue au bruit thermique de l'amplificateur, qui peut dégrader le rapport signal-bruit. La contribution du bruit est proportionnelle à la valeur de résistance et à la température.

La valeur sonore d'un amplificateur dégénéré en émetteur est généralement plus élevée que celle d'un amplificateur sans dégénérescence, tout cela étant égal. Cependant, l'amélioration de la linéarité et la réduction de la distorsion peuvent effectivement améliorer la qualité globale du signal dans de nombreuses situations pratiques.

Définition de la réponse à la fréquence

Lorsque l'on utilise un condensateur de dérivation avec une résistance à l'émetteur fractionné, la réponse de fréquence de l'amplificateur devient plus complexe. Le condensateur de contournement crée une impédance dépendante de la fréquence dans le circuit de l'émetteur, ce qui entraîne une variation de la gain en fonction de la fréquence.

En sélectionnant soigneusement la valeur du condensateur de dérivation et le rapport de la résistance contournée à l'émetteur non contournée, les concepteurs peuvent créer des amplificateurs avec des caractéristiques spécifiques de réponse de fréquence. Cette technique est couramment utilisée dans les amplificateurs audio pour mettre en œuvre un boost de basse ou une coupe de tréble, et dans les amplificateurs RF pour optimiser la distribution de gain sur la bande de fréquence d'intérêt.

Applications de la dégénérescence des émitters

Amplificateurs audio

La dégénérescence des émetteurs est largement utilisée dans la conception de l'amplificateur audio, où la distorsion faible et le gain stable sont les plus importants. L'amélioration de la linéarité se traduit directement par une meilleure qualité du son avec une distorsion harmonique réduite.

Dans les amplificateurs audio multi-étapes, la dégénérescence des émetteurs dans les étapes d'entrée aide à maintenir un faible bruit et une distorsion tout en fournissant un gain prévisible. L'impédance d'entrée accrue est également bénéfique lorsque l'interfaçage avec des sources de haute-impédance telles que les pick-ups de guitare, microphones, ou autres transducteurs audio.

Circuits RF et de communication

Les amplificateurs à émutters communs sont également utilisés dans les circuits de radiofréquence, par exemple pour amplifier les signaux faibles reçus par une antenne. Dans les applications RF, la dégénérescence de l'émetteur offre plusieurs avantages, notamment une meilleure correspondance des impédances d'entrée, une sensibilité réduite aux variations des paramètres du transistor et une largeur de bande étendue.

L'extension de bande passante fournie par la dégénérescence de l'émetteur est particulièrement précieuse dans les amplificateurs RF à large bande et les amplificateurs de fréquence intermédiaire (IF).

Instrumentation et mesure

Les amplificateurs d'instrumentation exigent une stabilité élevée, une faible dérive et des caractéristiques de gain prévisibles, tous les attributs étant améliorés par la dégénérescence des émetteurs.

Dans les systèmes d'acquisition de données, les interfaces de capteurs et les équipements de test, la performance stable et prévisible des amplificateurs dégénérés par l'émetteur assure un traitement précis du signal sur des conditions environnementales variables.

Amplificateurs différentiels

Les stades différentiels de l'amplificateur, qui forment les étapes d'entrée des amplificateurs opérationnels et de nombreux autres circuits analogiques, utilisent généralement la dégénérescence des émetteurs. Dans une paire différentielle, les résistances de dégénérescence des émetteurs améliorent le rejet en mode commun, augmentent l'impédance d'entrée et améliorent la linéarité.

L'utilisation de la dégénérescence des émetteurs dans les amplificateurs différentiels permet également d'équilibrer les deux côtés de la paire différentielle, de réduire les tensions offset et d'améliorer l'appariement.

Techniques avancées et variations

Dégénérescence active des émetteurs

Au lieu d'utiliser une résistance passive pour la dégénérescence des émetteurs, les concepteurs peuvent mettre en œuvre une dégénérescence active à l'aide de sources de courant ou de transistors supplémentaires.

Une source de courant dans l'émetteur fournit une impédance AC très élevée tout en maintenant un courant DC fixe. Cela permet d'améliorer la stabilité significative sans la pénalité de chute de tension d'une grande résistance. La dégénérescence active est couramment utilisée dans les conceptions de circuits intégrés où les sources de courant peuvent être efficacement mises en œuvre.

Dégénérescence des besoins en fréquence

En plaçant des composants réactifs (condensateurs ou inducteurs) en série ou en parallèle avec la résistance à la dégénérescence de l'émetteur, les concepteurs peuvent créer une dégénérescence dépendante de la fréquence.

Par exemple, un condensateur en parallèle avec la résistance de l'émetteur fournit plus de dégénérescence à basse fréquence et moins à haute fréquence, créant une caractéristique de passage élevé. Inversement, un inducteur en série avec la résistance de l'émetteur augmente la dégénérescence à haute fréquence, créant un effet de passage faible. Ces techniques sont précieuses dans les circuits d'égalisation, les commandes de tonalité et les amplificateurs sélectifs de fréquence.

Dégénérescence programmable

Dans certaines applications, il est souhaitable d'ajuster dynamiquement la quantité de dégénérescence de l'émetteur. Ceci peut être réalisé en utilisant des réseaux de résistance commutés, des potentiomètres à commande numérique ou des éléments de résistance variables tels que les FET opérant dans leur région linéaire.

La dégénérescence programmable permet de régler les gains, la bande passante ou la linéarité. Ceci est utile dans les circuits de contrôle automatique des gains (AGC), les égaliseurs adaptatifs et les applications radio définies par logiciel où les paramètres de circuit doivent être ajustés en réponse à des conditions de signal changeantes.

Dépannage et questions communes

Défauts de capacité de dérivation

Si vous avez du mal à tirer sur des étapes individuelles dans un amplificateur défectueux et notez que le signal sortant d'une étape est significativement moins que ce que vous attendez, étant donné l'ampleur de l'entrée - soupçonnez le condensateur de contournement émetteur. Parfois ils vont circuit ouvert. Un condensateur de contournement ouvert ajoute efficacement dégénérescence de l'émetteur complet, réduisant considérablement le gain.

Les condensateurs électrolytiques, couramment utilisés pour les applications de contournement en raison de leurs valeurs de capacité élevées, sont particulièrement sujets à la défaillance au fil du temps. Ils peuvent sécher, perdre de capacité ou développer une résistance de série élevée équivalente (ESR).

Valeurs de résistance incorrectes

L'utilisation de valeurs de résistance de l'émetteur incorrecte peut entraîner des problèmes divers. Trop de dégénérescence entraîne un gain insuffisant et peut faire que l'amplificateur ne respecte pas les spécifications de performance. Trop peu de dégénérescence ne fournit pas d'améliorations adéquates de stabilité et de linéarité.

Lorsque le dépannage pose des problèmes de gain, vérifiez toujours que les valeurs de résistance de l'émetteur correspondent aux calculs de conception. Vérifiez également que les résistances n'ont pas changé de valeur en raison de la surchauffe, de l'absorption d'humidité, ou d'autres facteurs environnementaux.

Instabilité des points de biais

Bien que la dégénérescence des émetteurs améliore la stabilité des biais, une mauvaise mise en œuvre peut encore entraîner des problèmes de points de biais. Une résistance insuffisante des émetteurs peut ne pas assurer une stabilisation adéquate, tandis qu'une résistance excessive peut amener le transistor à fonctionner en dehors de sa région optimale ou même à être coupé.

Pour diagnostiquer les problèmes de biais, mesurez les tensions en courant continu à la base, à l'émetteur et au collecteur. Comparez ces valeurs avec les valeurs de conception et vérifiez que le transistor fonctionne dans sa région active avec une chambre de tête de tension adéquate pour le basculement du signal.

Exemple de conception : Étape de préamplificateur audio

Passons à l'exemple complet de conception pour illustrer l'application pratique des principes de dégénérescence des émetteurs. Nous concevrons un préamplificateur audio en une seule étape avec les spécifications suivantes:

  • Tension d ' alimentation: 12 V
  • Gain de tension désiré: 15 (environ 23,5 dB)
  • Réponse de la fréquence: 20 Hz à 20 kHz
  • Impédance d'entrée >10 k
  • Transistor: 2N3904 (β φ 100-300)

Étape 1: Choisissez le point d'exploitation

Sélectionnez un courant collecteur de 1 mA pour une bonne linéarité et un faible bruit. Allouez l'alimentation de 12 V comme suit : 4 V sur la résistance du collecteur, 4 V sur le transistor (VCE), et 4 V sur la résistance de l'émetteur.

Étape 2: Calculer les valeurs du résistor

Résistance de collecte: RC = 4 V / 1 mA = 4 k. (utiliser la valeur standard 3,9 k.)

Pour un gain de 15: R[E[ = R[C[ / 15 = 3,9 k-

Cependant, nous avons besoin d'une résistance supplémentaire de l'émetteur pour la stabilité du biais DC. Utilisez une configuration fractionnée : RE1 = 270 ↓ (sans passer) et RE2[ = 3,6 kш (sans passer), ce qui donne un total de 3,87 kш pour le biais DC.

Étape 3: Concevoir le réseau de partialité

Tension d'émission: VE = 1 mA × 3,87 k-

Tension de base: VB = VE[ + 0,7 V = 4,6 V

Concevoir le diviseur de tension pour tirer environ 10 fois le courant de base (10 μA × 10 = 100 μA):

R2 = 4,6 V / 100 μA = 46 k.

R1 = (12 V - 4,6 V) / 100 μA = 74 k.

Étape 4: Sélectionner les valeurs du catalyseur

Impédance d'entrée: Rin ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Pour la coupure à basse fréquence de 20 Hz: C[in = 1 / (2π × 20 Hz × 15 k), - 0,53 μF (utiliser 1 μF)

Condensateur de couplage de sortie (en supposant une charge de 10 k-) : C[out = 1 / (2π × 20 Hz × 10 k-) - 0,8 μF (utilisation 1 μF)

Condensateur de dérivation: C[E = 1 / (2π × 20 Hz × 3,6 k), - 2,2 μF (utiliser 10 μF pour la marge)

Cette conception offre un gain stable d'environ 15, une bonne impédance d'entrée et une réponse à la fréquence plane sur toute la bande audio. La dégénérescence de l'émetteur assure une performance constante entre différents transistors et variations de température.

Comparaison avec d'autres techniques de stabilisation

La dégénérescence des émetteurs est l'une des nombreuses techniques utilisées pour stabiliser et linéariser les amplificateurs transistors. Comprendre comment il se compare à d'autres approches aide les concepteurs à choisir la méthode la plus appropriée pour leur application.

Rétroaction négative globale: L'application des retours de la sortie à l'entrée d'un amplificateur multi-étapes peut fournir des avantages similaires en termes de stabilité et de linéarité.

Contient la divergence de courant:[ L'utilisation d'une source de biais actuelle fournit une excellente stabilité DC, mais n'améliore pas nécessairement la linéarité AC. La dégénérescence Emitter s'adresse à la fois aux performances DC et AC. Les deux techniques peuvent être combinées pour obtenir des résultats optimaux.

Configuration de paires différentielles:[ Les amplificateurs différentiels offrent un excellent rejet et stabilité en mode commun, mais ils nécessitent des transistors assortis et des circuits plus complexes. La dégénérescence des émitters peut être appliquée aux paires différentielles pour améliorer davantage leur performance.

Conclusion

La dégénérescence des émetteurs est une technique fondamentale et puissante dans la conception de circuits analogiques qui améliore considérablement les performances et la fiabilité des amplificateurs transistors bipolaires. En introduisant un retour négatif contrôlé à travers une résistance d'émetteur non contournée, les concepteurs peuvent obtenir un gain stable, une linéarité améliorée, une distorsion réduite et une meilleure compensation de température.

Le principal compromis, le gain de tension réduit, est généralement plus que compensé par les nombreux avantages. Le gain devient prévisible et dépend des rapports de résistance externes plutôt que des paramètres transistors variables, rendant les conceptions plus manufacturables et fiables. L'impédance accrue d'entrée réduit les effets de charge, tandis que la largeur de bande étendue profite aux applications à haute fréquence.

La compréhension de la théorie, des calculs et de la mise en œuvre pratique de la dégénérescence des émetteurs est essentielle pour toute personne travaillant avec l'électronique analogique. Que ce soit pour concevoir des amplificateurs audio, des circuits RF, des systèmes d'instrumentation ou toute autre application impliquant des transistors bipolaires, la dégénérescence des émetteurs offre une méthode éprouvée pour atteindre des performances de qualité professionnelle.

La conception moderne des circuits continue de reposer sur ces principes fondamentaux, même au fur et à mesure que la technologie avance. Bien que des circuits intégrés et des topologies plus sophistiquées soient apparus, le concept de base de la dégénérescence des émetteurs reste pertinent et largement utilisé.

Pour de plus amples renseignements sur la conception de l'amplificateur de transistor et sur des sujets connexes, envisager d'explorer les ressources de Applaudissements en analog[, Texas Instruments[ et Tutoriels électroniques[, qui offrent des notes d'application détaillées, des guides de conception et du matériel éducatif sur les techniques de conception de circuits analogiques.