1. Схеми підключення транзисторів
2. Загальні поняття про повторителе
3. Принцип дії
4. Як зробити розрахунок схеми
5. Відмінні особливості
6. Режими роботи
7. двотактна схема
8. Принцип дії комплементарної схеми
9. Розрахунок двотактного підсилювача
10. Зменшення спотворень вихідної напруги
11. Схема з використанням діодів
12. Підсилювач потужності з додатковими еміттерними повторителями
13. складові транзистори

Історія транзисторів починається з середини 20 століття, коли в 1956 році три американських фізика - Д. Бардін, У. Браттейн, В. Шоклі, були удостоєні Нобелівської премії «За дослідження напівпровідників і відкриття транзисторного ефекту».

Радіотехніку, починаючому роботу на своєму терені, часом буває складно розібратися в електронних схемах і призначення тих чи інших її складових. Для цього існують певні напрацювання - вже придумані схеми підключення транзисторів і інших елементів з певними властивостями, з яких можна складати різні пристрої. Одним з таких «цеглинок» в будівлі електронних схем є емітерний повторювач на транзисторі.

Схеми підключення транзисторів

Існує три різновиди включення біполярних транзисторів - із загальною базою (ПРО), із загальним емітером (ОЕ) і загальним колектором (ОК).

Найбільш поширене підключення (ОЕ), так як дає велике посилення по напрузі і струму. Однією з особливостей такого підключення є інвертування вхідного напруги на 1800. Недоліком підключення є маленький вхідний (сотні Ом) і великий вихідний (десятки кОм) опір.

При подачі вхідної напруги, транзистор відкривається і струм проходить через базу на емітер, при цьому колекторний струм збільшується. Струм емітера підсумовується з струму бази і струму колектора: ІЕ = ІБ + ІК

У ланцюзі колектора, на резисторі, з'являється напруга набагато більше вхідного сигналу, що призводить до збільшення вихідної напруги, а відповідно, і сили струму.

Включення транзистора по схемі (ПРО) дає посилення по напрузі і дозволяє працювати з більш широким частотним діапазоном, ніж схема з (ОЕ), тому часто використовується на антенних підсилювачах. Ця схема дозволяє в повній мірі використовувати здатність транзистора до посилення високих частот сигналу (частотні характеристики). Чим вище частота підсилюється сигналу, тим менше посилення по напрузі. Даний каскад має маленький вхідний і вихідний опір.

Включення транзистора з (ОК) дає посилення по току і часто використовується як перехідник між високоомним джерелом живлення і низкоомной навантаженням. Також, дане включення можна використовувати при узгодженні різних каскадних схем, воно не змінює полярність вхідного сигналу.

Загальні поняття про повторителе

Повторювач емітерний - це підсилювач сигналу по струму, в якому включення транзистора відбувається за схемою (ОК). Коефіцієнт посилення сигналу по напрузі практично дорівнює одиниці, напруга емітера дорівнює вхідному сигналі, тому схема носить назву емітерний повторювач. Принцип роботи пристрою розглянемо нижче.

Незважаючи на те що повторювач емітерний має коефіцієнт передачі по напрузі одиницю, його можна віднести до класу підсилювачів, так як він дає посилення по току, а значить, і по потужності: ІЕ = (β +1) х ІБ, де ІЕ - струм емітера , ІБ - струм бази.

При малому опорі джерела живлення, колектор транзистора приєднується до загальної шини, а резистор, з якого відбувається зняття вихідної напруги, підключається до емітерний ланцюга. Підключення входу і виходу до зовнішніх ланцюгів здійснюється за допомогою конденсаторів С1 і С2. При маленькому коефіцієнті збільшення по напрузі, коефіцієнт збільшення за струмом досягає свого піку в режимі короткого замикання затискачів на виході.

Принцип дії

Навантаженням каскадної схеми повторювача є резистор на емітер РЕ. Вхідний сигнал надходить через перший конденсатор С1, а зняття вихідного сигналу відбувається через другий конденсатор С2.

Емітерний повторювач напруги має дуже маленький вхідний і велике вихідний опір. При змінному струмі, коли через транзистор п-р-п типу проходить полуволна позитивного змінної напруги, він сильніше відкривається і відбувається зростання струму, при негативній напівхвиль - навпаки. В результаті вихідна змінна напруга має однакову фазу зі вхідним і є напругою зворотного зв'язку. Вихідна напруга направлено назустріч вхідного і включено послідовно, тому в емітерний повторювачі використовується послідовна негативний зворотний зв'язок. Вихідна напруга менше вхідного на незначну величину (напруга база - емітер близько 0,6 В).

Як зробити розрахунок схеми

Початковими даними, щоб зробити розрахунок емітерного повторювача, є струм колектора (ІК) і напруга живлення (ПВЗ):

Напруга емітера (УЕ) має відповідати: УЕ = 0,5 х ПВЗ (щоб забезпечити для вихідної напруги максимальний розмах) .Тепер потрібно зробити розрахунок опору резистора на емітер: РЕ = УЕ / ІК.Делается розрахунок опору резисторного подільника: Р1-Р2 ( підбираємо опору так, щоб струм на дільнику був приблизно в 10 разів менше струму на базі): ВД = 0,1 х ІК / β, де β - коефіцієнт посилення по току транзистора. Опір Р1 + Р2 = ПВЗ / ІД.Рассчітиваем напруга бази щодо землі: УБ = УЕ + 0,7.

Відмінні особливості

Повторювач емітерний має цікаву особливість - струм колектора має залежність тільки від навантажувального опору і вхідної напруги, а параметри транзистора істотної ролі не грають. Такі схеми вважають мають 100-відсоткову зворотний зв'язком по напрузі. Можна не боятися спалити транзистор, подаючи на базу харчування без обмежує резистора.

Робота емітерного повторювача заснована на високому вхідному опорі, що дозволяє підключати до нього джерело сигналу з великим комплексним опором (наприклад, звукознімач в радіо). Підсилювач потужності

Дуже часто повторювач еммітерной використовується в якості підсилювача потужності в вихідних каскадах підсилювачів. Основним завданням таких вузлів є передача певної потужності на навантаження. Найбільш важливий параметр, який ставиться в розрахунках підсилювача по потужності - це коефіцієнт посилення потужності, спотворення передачі сигналу і ККД (його збільшення необхідно в зв'язку зі споживанням більшої частини потужності джерела живлення вихідним підсилювачем). Посилення по напрузі не є основним параметром і зазвичай наближається до одиниці.

Буває кілька способів роботи такого підсилювального каскаду, в залежності від знаходження робочої точки на графіку характеристик і, відповідно, з різним ККД і характеристиками вихідного сигналу.

Режими роботи

У розглянутих випадках роботи емітерного повторювача, колекторний перехід буде назад зміщений і режим роботи буде залежати від емітерного переходу:

У першому випадку зміщення емітерного переходу відбувається таким чином, що транзистор стабільно не переходить в режим насичення і повторювач працює на прямій ділянці графіка передавальної характеристики (напруги КК і УЕ однакові). Максимальна напруга вихідного сигналу менше вхідного напруги. Коефіцієнт корисної дії дорівнює відношенню потужності, що надходить в навантаження до потужності від джерела живлення, і досягає максимуму (25%) при найвищій амплітуді вихідної напруги. Щоб уникнути неузгодженості вихідного і вхідного сигналу, амплітуду вихідної напруги доводиться зменшувати, в результаті ККД, теж зменшується. Низький ККД в даному режимі роботи повторювача обумовлений незалежністю струму, що проходить через транзистор, від напруги живлення і потужність, яка споживається від джерела живлення є постійною величиною. За відсутності вхідного сигналу, потужність розсіюється транзистором, найбільша. Тому в цьому режимі емітерний повторювач не використовується як підсилювач потужності, а скоріше як передавач малоіскаженного сігнала.Еще один робочий режим підсилювального каскаду, при якому зміщення емітерного переходу призводить робочу точку транзистора на кордон області замикання. Якщо прийняти напруга емітера (УЕ = 0) і вхідний сигнал не надходить, емітерний перехід назад зміщений і транзистор знаходиться в закритому стані. Внаслідок чого, знижується споживана потужність. При проходженні з джерела живлення позитивної напівхвилі, транзистор відмикається (відкривається емітерний перехід), а негативна замикає його (відсутній вихідний сигнал). Другий випадок роботи підсилювального каскаду вирішує проблему зі збільшенням ККД підсилювача, тому що відсутній струм на транзисторі, якщо немає напруги харчування. Але є недолік - сильне спотворення вихідного сигналу.

двотактна схема

Двотактний емітерний повторювач дозволяє зробити посилення по току в позитивному і негативному діапазонах. Щоб отримати різнополярних вихідний сигнал, можна використовувати комплементарний емітерний повторювач. В принципі, двухтактная схема - це два повторювача, кожен з яких підсилює сигнал в плюсовій або мінусовій полуволне. Схема складається з двох типів біполярних транзисторів (з п-р-п і р-п-р - переходами).

Принцип дії комплементарної схеми

Коли вхідний немає подачі електроенергії, обидва транзистора вимкнені, в зв'язку з відсутністю напруги на емітерний переходах. При проходженні напівхвилі позитивної полярності, відбувається відкриття п-р-п - ​​транзистора, аналогічно, проходження негативної напівхвилі викликає відкриття р-п-р - транзистора.

Потужний емітерний повторювач має розрахунок ККД (К = Пі / 4 х УВИХ / УК), де Увих - амплітуда вихідного сигналу; КК - напруга на колекторному переході.

З формули видно, що До зростає при збільшенні амплітуди УВИХ і стає максимальним, при УВИХ = КК (К = Пі / 4 = 0,785).

Звідси видно, що емітерний повторювач на комплементарної схемою володіє значно більш високим ККД, ніж звичайний повторювач.

Властивістю цієї схеми є великі (перехідні) нелінійні спотворення. Вони проявляють себе в більшій мірі, ніж менше вхідна напруга (ПВЗ).

Розрахунок двотактного підсилювача

Так як нам потрібен повторювач емітерний для посилення за проектною потужністю, то вихідними даними, щоб зробити розрахунок емітерного повторювача, будуть: опір навантаження (РН), потужність навантаження (ПН). Щоб зменшити неузгодженість вихідного і вхідного сигналу, напруга живлення повинно бути вище на 5 В від амплітуди вихідної напруги.

Формули для розрахунку підсилювального каскаду:

Вихідна напруга: УВИХ = корінь квадратний (2ПНРН) .Напруга джерела живлення: ПВЗ = УЕ + 5.Виходной ток: ІЕ = УЕ / РН.Мощность, забирається у джерела живлення: П ++ П- = 2 / Пі × УЕ / РН × УК.Наібольшая розсіює потужність на кожному з транзисторів: П1 = П2 = УК2 / Пі2РН.

Зменшення спотворень вихідної напруги

Двотактний емітерний повторювач, принцип роботи якого описаний вище, можна ще поліпшити, зменшивши в його схемі перехідні спотворення сигналу на виході.

Щоб зменшити викривлення напруги на виході каскаду можна подавати на бази транзисторів напруги, що зміщують вихідну характеристику.

Для зсуву використовуються діоди або транзистори, які подають сигнал на бази робочих транзисторів повторювача.

Схема з використанням діодів

На емітерний переходах транзисторів Т1 і Т2 з'являється зсув за рахунок діодів Д1 і Д2, підключених між базами транзисторів. При вхідній напрузі, що дорівнює нулю, транзистори активні. Коли полярність напруги позитивна, транзистор Т2 закривається, а при негативної полярності напруги замикається транзистор Т1. При нульовому вхідному сигналі один з транзисторів є активним, таким чином, схема з діодами дає характеристику вихідного сигналу, дуже близьку до лінійної. Замість діодів, можна використовувати транзистори з шунтуватися колекторними переходами.

Підсилювач потужності з додатковими еміттерними повторителями

Ще одна схема, яка дає зменшити спотворення вихідного сигналу, на вході якої включені два транзистора.

У цій схемі на вході розміщені два повторювача на транзисторі, які створюють зміщення напруги для емітерний переходів двох вихідних транзисторів. Істотним плюсом такого включення буде збільшене опір на вході каскаду. Емітерний струми вхідних і базові струми вихідних транзисторів, задають два перших резистора. Другі два резистора входять в ланцюг зворотного зв'язку для вихідних транзисторів.

Цей варіант підключення є буферним підсилювачем з одиничним посиленням по напрузі.

складові транзистори

Зараз випускаються транзистори в вигляді окремого каскаду з двох транзисторів в одному корпусі (схема Дарлінгтона). Вони використовуються в мікросхемах в підсилювачах на дискретних складових. При заміні звичайного транзистора на складовою відбувається збільшення вхідного і зменшення вихідного опорів схеми.

джерело