Repetitor tranzistora: princip rada

Povijest tranzistora počinje sredinom 20. stoljeća, kada su 1956. godine tri američka fizičara - D. Bardin, U. Brattein, V. Shockley, nagrađeni Nobelovom nagradom "Za istraživanje poluvodiča i otkrivanje učinka tranzistora".

Radio inženjering, koji počinje raditi na svom području, ponekad je teško razumjeti elektroničke sklopove i svrhu jedne ili druge komponente. U tu svrhu postoje određeni pomaci - već su izumljeni dijagrami ožičenja za tranzistore i druge elemente s određenim svojstvima iz kojih se mogu izraditi različiti uređaji. Jedan od tih "cigli" u izgradnji elektroničkih sklopova je emiter sljedbenik na tranzistoru.

Dijagram ožičenja tranzistora

Postoje tri vrste bipolarnih tranzistora - s zajedničkom bazom (OB), zajedničkim odašiljačem (OE) i zajedničkim kolektorom (OK).

Najčešća veza (OE), jer daje veliku dobit u naponu i struji. Jedna od značajki ove veze je inverzija ulaznog napona na 180 ⁰ . Nedostatak veze je mali ulaz (stotine ohma) i veliki izlaz (desetak ohma) otpora.

Kada se primijeni ulazni napon, tranzistor se otvara i struja prolazi kroz bazu do emitera, a struja kolektora se povećava. Struja emitera zbraja se iz osnovne struje i struje kolektora: I _E = I _B + I _K

U krugu kolektora, na otporniku _, pojavljuje se napon mnogo veći od ulaznog signala, što dovodi do povećanja izlaznog napona i, prema tome, jačine struje.

Uključivanje tranzistora prema shemi (ON) osigurava naponsko pojačanje i omogućuje rad s većim frekvencijskim rasponom od sheme s (OE), pa se često koristi na antenskim pojačalima. Ova shema omogućuje da se u potpunosti iskoristi sposobnost tranzistora da pojačava visoke frekvencije signala (frekvencijske karakteristike). Što je veća frekvencija pojačanog signala, to je niži napon. Ova kaskada ima malu ulaznu i izlaznu impedanciju.

Uključivanje tranzistora s (OK) daje strujnu dobit i često se koristi kao adapter između napajanja visokom otpornošću i niskog impedancijskog opterećenja. Također, ovo uključivanje se može koristiti za usklađivanje različitih kaskadnih krugova, ne mijenja polaritet ulaznog signala.

Opći pojmovi o repetitoru

Repetitor emitera je pojačivač signala struja u kojoj dolazi do uključivanja tranzistora prema shemi (OK). Dobitak napona signala je praktički jednak jednom, napon odašiljača jednak je ulaznom signalu, stoga se krug zove sljedbenik odašiljača. U nastavku će se raspravljati o principu rada uređaja.

Unatoč činjenici da odašiljački sljedbenik ima omjer prijenosa napona od jednog, može se klasificirati kao pojačalo, budući da daje dobitak struje, a time i snage: I _E = (β +1) x I _B , gdje AND _E - struja emitera, i _B - bazna struja.

S malim otporom napajanje kolektor tranzistora je spojen na zajedničku sabirnicu, a otpornik s kojeg se uklanja izlazni napon spojen je na sklop emitera. Povezivanje ulaza i izlaza na vanjske krugove pomoću kondenzatora C ₁ i C ₂ . Uz mali faktor povećanja napona, faktor povećanja struje doseže svoj maksimum u načinu kratkog spoja terminala na izlazu.

Načelo djelovanja

Opterećenje kaskadnog kruga repetitora je otpornik na emiteru R. Ulazni signal se dovodi kroz prvi kondenzator C ₁ , a uklanjanje izlaznog signala odvija se kroz drugi kondenzator C2.

Emiter sljedbenik ima vrlo mali ulaz i veliku izlaznu impedanciju. u naizmjenična struja, kada pola val pozitivnog izmjeničnog napona prolazi kroz tranzistor tipa pnp, on se jače otvara i dolazi do povećanja struje, s negativnim poluvalom - i obratno. Kao rezultat toga, izlazni AC napon ima istu fazu s ulazom i predstavlja povratni napon. Izlazni napon je usmjeren prema ulazu i spojen je u seriju, tako da sljedbenik odašiljača koristi konzistentnu negativnu povratnu vezu. Izlazni napon je manji od ulaznog napona za malu količinu (napon osnovnog emitera je oko 0,6 V).

Kako napraviti shemu izračuna

Početni podaci za izračunavanje odašiljača su: struja kolektora (I _K ) i napon napajanja (V I):

• Napon odašiljača (U _E ) mora odgovarati: Y _E = 0,5 x U _VH (za osiguravanje maksimalnog raspona izlaznog napona).
• Sada trebate napraviti izračun otpora otpornika na emiteru: R _E = U _E / I _K.
• Izračunava se otpor razdjelnika otpornika: P ₁ -P ₂ (odabiremo otpor tako da je struja na razdjelniku oko 10 puta manja od struje na bazi): A _D = 0,1 x I _K / β, gdje je β tranzistor. Otpor R ₁ + R ₂ = U _VH / I _D.
• Izračunavamo napon baze u odnosu na tlo: U _B = U _E + 0,7.

Posebne značajke

Emiter repetitor ima zanimljivu značajku - struja kolektora ovisi samo o otpornosti opterećenja i ulaznom naponu, a parametri tranzistora ne igraju značajnu ulogu. Smatra se da takve sheme imaju 100% povratni napon. Ne možete se bojati spaljivanja tranzistora, primjenjujući snagu na bazu bez ograničavajućeg otpornika.

Rad emiter sljedbenika temelji se na visokoj ulaznoj impedanciji, što vam omogućuje povezivanje izvora signala s velikom kompleksnom impedancijom (primjerice, prijemnik na radiju). Pojačalo snage

Vrlo često se kao izlazno pojačalo u pojačalima koristi pojačalo. Glavni zadatak takvih čvorova je prijenos određene snage na teret. Najvažniji parametar koji se postavlja u izračunu snage pojačala je dobitak snage , izobličenje prijenosa signala i učinkovitost (njegovo povećanje je potrebno zbog potrošnje većine snage napajanja iz izlaznog pojačala) . Povećanje napona nije glavni parametar i obično se približava jedinici.

Postoji nekoliko načina rada na takvom stupnju pojačala, ovisno o položaju radne točke na grafikonu karakteristika i, sukladno tome, različitoj učinkovitosti i karakteristikama izlaznog signala.

Načini rada

U razmatranim slučajevima rada sljedbenika odašiljača, spoj kolektora će se vratiti pomaknut i način rada ovisit će o spoju emitera:

1. U prvom slučaju, pomak odašiljačkog spoja događa se na takav način da tranzistor stabilno ne prelazi u način zasićenja, a repetitor radi na izravnom dijelu grafikona karakteristika prijenosa (naponi Y _K i Y _{E su} isti). Maksimalni izlazni napon je manji od ulaznog napona. Učinkovitost je jednaka omjeru snage koja se napaja opterećenjem do energije iz napajanja i dostiže maksimum (25%) pri najvećoj amplitudi izlaznog napona. Da bi se izbjegla neusklađenost izlaznog i ulaznog signala, amplituda izlaznog napona mora se smanjiti, a time se smanjuje i učinkovitost. Niska učinkovitost u ovom načinu rada repetitora posljedica je neovisnosti struje koja prolazi kroz tranzistor, od napona napajanja i snage koja se troši iz izvora napajanja je konstantna vrijednost. U nedostatku ulaznog signala, snaga rasipana od strane tranzistora je najveća. Stoga se u ovom načinu rada emiterni sljedbenik ne koristi kao pojačalo snage, nego kao predajnik blago izobličenog signala.
2. Drugi način rada stupnja pojačala, u kojem pomicanje emiternog spoja dovodi radnu točku tranzistora do granice područja zaključavanja. Ako prihvatimo napon odašiljača (U _E = 0), a ulazni signal nije primljen, emiterni spoj je obrnut, a tranzistor je u zatvorenom stanju. Kao rezultat toga, smanjena je potrošnja energije. Pri prolasku s izvora napona pozitivnog poluvalja, tranzistor se otključava (otvara se emiter), a negativni ga blokira (nema izlaznog signala). Drugi slučaj stupnja pojačala rješava problem s povećanjem učinkovitosti pojačala, jer nema struje na tranzistoru ako nema napona napajanja. No, tu je i nedostatak - snažno izobličenje izlaznog signala.

Potisni krug

Push-pull emiter sljedbenik omogućuje pojačavanje struje u pozitivnom i negativnom području. Da biste dobili bipolarni izlazni signal, možete koristiti komplementarnog sljedbenika emitera. U principu, push-pull sklop je dva repetitora, od kojih svaki pojačava signal u pozitivnom ili negativnom poluvalu. Krug se sastoji od dva tipa bipolarnih tranzistora (s pnp i pnp prijelazima).

Načelo djelovanja komplementarne sheme

Kada je ulazna snaga odsutna, oba su tranzistora isključena, zbog nedostatka napona na spoju emitera. Prolaskom poluvalova pozitivnog polariteta javlja se otvor npn tranzistora, slično tome, prolaz negativnog poluvalova uzrokuje otvaranje pnp-tranzistora.

Snažan sljedbenik odašiljača ima izračun učinkovitosti (K = Pi / 4 x Y _OUT / U _K ), gdje je U _o amplituda izlaznog signala; _K - napon na spoju kolektora.

Iz formule može se vidjeti da se K povećava s povećanjem amplitude _{O O} i postaje maksimalan, s U _O = A _K (K = Pi / 4 = 0,785).

To pokazuje da emiter sljedbenika na komplementarnoj shemi ima značajno veću učinkovitost od konvencionalnog repetitora.

Svojstvo ove sheme je veliko (prolazno) nelinearno izobličenje. Oni se manifestiraju u većoj mjeri nego što je manji ulazni napon (V _B ).

Proračun push-pull pojačala

Budući da nam je potreban sljedbenik emitera za dobivanje snage, izvor podataka za izračunavanje odašiljača emitera će biti: otpor opterećenja (RN), snaga opterećenja ( _RN ). Da bi se smanjila neusklađenost izlaznog i ulaznog signala, napon napajanja bi trebao biti veći za 5 V od amplitude izlaznog napona.

Formule za izračunavanje stupnja pojačala:

• Izlazni napon: _{O OUT} = kvadratni korijen (2P _N P _N ).
• Napon napajanja: _VX = V _E + 5.
• Izlazna struja: i _E = U _E / _{R N.}
  
• Snaga preuzeta iz izvora napajanja: P ₊ + P _- = 2 / Pi × U _E / P _N × U _K.
• Maksimalna disipacija snage na svakom od tranzistora: P ₁ = P ₂ = U _K ² / Pi ² _{R N.}
  

Smanjeno izobličenje izlaznog napona

Push-pull emiter-odašiljač, čije je načelo djelovanja gore opisano, može se dodatno poboljšati smanjenjem prijelaznog izobličenja izlaznog signala u njegovom krugu.

Da bi se smanjila izobličenja napona na izlazu kaskade može se primijeniti na bazu naponskih tranzistora, pristranost izlazne karakteristike.

Diode ili tranzistori koriste se za prednapone koji dovode signal do baza radnih tranzistora repetitora.

Diodu dioda

Pri emiterskim prijelazima tranzistora T ₁ i T ₂ pojavljuje se pomak zbog dioda D1 i D2 koje su spojene između baza tranzistora. Kada je ulazni napon jednak nuli, tranzistori su aktivni. Kada je polaritet napona pozitivan, tranzistor T2 _je zaključan, a s negativnim polaritetom napona, tranzistor T1 _je zaključan. Kada je ulazni signal nula, jedan od tranzistora je aktivan, tako da diodni krug daje izlaznu karakteristiku koja je vrlo blizu linearnom. Umjesto dioda mogu se koristiti tranzistori s spojenim spojenim kolektorom.

Pojačalo snage s dodatnim odašiljačima

Druga shema koja smanjuje izobličenje izlaznog signala, čiji ulaz uključuje dva tranzistora.

U tom krugu dva ulaza na tranzistoru su postavljena na ulaz, koji stvaraju naponsko odstupanje za prijelaz emitera dvaju izlaznih tranzistora. Značajna prednost ovog uključivanja bit će povećani otpor na ulazu kaskade. Emiterne struje ulaznih i baznih struja izlaznih tranzistora postavljaju prva dva otpornika _. Druga dva otpornika uključena su u povratni krug za izlazne tranzistore.

Ova mogućnost spajanja je jedno pojačalo s međuspremnikom.

Kompozitni tranzistori

Sada se tranzistori proizvode kao zasebna kaskada od dva tranzistora u jednom paketu (Darlingtonov krug). Koriste se u čipovima u pojačalima na diskretnim komponentama. Zamjena konvencionalnog tranzistora s integralom povećava ulaz i smanjuje izlaznu impedanciju kruga.