Основы электроники. Эмиттерный повторитель. Эмиттерный повторитель на полевом транзисторе

Повторитель эмиттерный на транзисторе: принцип работы :: SYL.ru

История транзисторов начинается с середины 20 века, когда в 1956 году три американских физика – Д. Бардин, У. Браттейн, В. Шокли, были удостоены Нобелевской премии «За исследования полупроводников и открытие транзисторного эффекта».

Радиотехнику, начинающему работу на своем поприще, порой бывает сложно разобраться в электронных схемах и предназначении тех или иных ее составляющих. Для этого существуют определенные наработки – уже придуманные схемы подключения транзисторов и других элементов с определенными свойствами, из которых можно составлять различные устройства. Одним из таких «кирпичиков» в здании электронных схем является эмиттерный повторитель на транзисторе.

Схемы подключения транзисторов

Существует три разновидности включения биполярных транзисторов – с общей базой (ОБ), с общим эмиттером (ОЭ) и общим коллектором (ОК).

Наиболее распространено подключение (ОЭ), так как дает большое усиление по напряжению и току. Одной из особенностей такого подключения является инвертирование входного напряжения на 1800. Недостатком подключения является маленькое входное (сотни Ом) и большое выходное (десятки кОм) сопротивление.

При подаче входного напряжения, транзистор открывается и ток проходит через базу на эмиттер, при этом коллекторный ток увеличивается. Ток эмиттера суммируется из тока базы и тока коллектора: ИЕ = ИБ + ИК

В цепи коллектора, на резисторе, появляется напряжение намного большее входного сигнала, что приводит к увеличению выходного напряжения, а соответственно, и силы тока.

Включение транзистора по схеме (ОБ) дает усиление по напряжению и позволяет работать с более широким частотным диапазоном, чем схема с (ОЭ), поэтому часто используется на антенных усилителях. Эта схема позволяет в полной степени использовать способность транзистора к усилению высоких частот сигнала (частотные характеристики). Чем выше частота усиливаемого сигнала, тем меньше усиление по напряжению. Данный каскад имеет маленькое входное и выходное сопротивление.

Включение транзистора с (ОК) дает усиление по току и часто используется как переходник между высокоомным источником питания и низкоомной нагрузкой. Также, данное включение можно использовать при согласовании различных каскадных схем, оно не изменяет полярность входного сигнала.

Общие понятия о повторителе

Повторитель эмиттерный - это усилитель сигнала по току, в котором включение транзистора происходит по схеме (ОК). Коэффициент усиления сигнала по напряжению практически равен единице, напряжение эмиттера равно входному сигналу, поэтому схема носит название эмиттерный повторитель. Принцип работы устройства рассмотрим ниже.

Несмотря на то что повторитель эмиттерный имеет коэффициент передачи по напряжению единицу, его можно отнести к классу усилителей, так как он дает усиление по току, а значит, и по мощности: ИЕ = (β +1) х ИБ , где ИЕ - ток эмиттера, ИБ - ток базы.

При малом сопротивлении источника питания, коллектор транзистора присоединяется к общей шине, а резистор, с которого происходит снятие выходного напряжения, подключается к эмиттерной цепи. Подключение входа и выхода к внешним цепям осуществляется с помощью конденсаторов С1 и С2. При маленьком коэффициенте увеличения по напряжению, коэффициент увеличения по току достигает своего пика в режиме короткого замыкания зажимов на выходе.

Принцип действия

Нагрузкой каскадной схемы повторителя является резистор на эмиттере РЕ. Входной сигнал поступает через первый конденсатор С1, а снятие выходного сигнала происходит через второй конденсатор С2.

Эмиттерный повторитель напряжения имеет очень маленькое входное и большое выходное сопротивление. При переменном токе, когда через транзистор п-р-п типа проходит полуволна положительного переменного напряжения, он сильнее открывается и происходит возрастание тока, при отрицательной полуволне – наоборот. В итоге выходное переменное напряжение имеет одинаковую фазу со входным и является напряжением обратной связи. Выходное напряжение направлено навстречу входному и включено последовательно, поэтому в эмиттерном повторителе используется последовательная отрицательная обратная связь. Выходное напряжение меньше входного на незначительную величину (напряжение база – эмиттер около 0,6 В).

Как сделать расчет схемы

Первоначальными данными, чтобы сделать расчет эмиттерного повторителя, являются ток коллектора (ИК) и напряжение питания (УВХ):

Напряжение эмиттера (УЕ) должно соответствовать: УЕ = 0,5 х УВХ (чтобы обеспечить для выходного напряжения максимальный размах).
Теперь нужно сделать расчет сопротивления резистора на эмиттере: РЕ = УЕ/ИК.
Делается расчет сопротивления резисторного делителя: Р1-Р2 (подбираем сопротивления так, чтобы ток на делителе был примерно в 10 раз меньше тока на базе): ИД = 0,1 х ИК/β, где β – коэффициент усиления по току транзистора. Сопротивление Р1+ Р2= УВХ/ИД.
Рассчитываем напряжение базы относительно земли: УБ = УЕ + 0,7.

Отличительные особенности

Повторитель эмиттерный обладает интересной особенностью – ток коллектора имеет зависимость только от нагрузочного сопротивления и входного напряжения, а параметры транзистора существенной роли не играют. Такие схемы считают имеющими 100-процентную обратную связью по напряжению. Можно не бояться спалить транзистор, подавая на базу питание без ограничивающего резистора.

Работа эмиттерного повторителя основана на высоком входном сопротивлении, что позволяет подключать к нему источник сигнала с большим комплексным сопротивлением (например, звукосниматель в радио). Усилитель мощности

Очень часто повторитель эммитерный используется в качестве усилителя мощности в выходных каскадах усилителей. Основной задачей таких узлов является передача определенной мощности на нагрузку. Наиболее важный параметр, который ставится в расчетах усилителя по мощности – это коэффициент усиления мощности, искажение передачи сигнала и КПД (его увеличение необходимо в связи с потреблением большей части мощности источника питания выходным усилителем). Усиление по напряжению не является основным параметром и обычно приближается к единице.

Бывает несколько способов работы такого усилительного каскада, в зависимости от нахождения рабочей точки на графике характеристик и, соответственно, с различным КПД и характеристиками выходного сигнала.

Режимы работы

В рассматриваемых случаях работы эмиттерного повторителя, коллекторный переход будет обратно смещен и режим работы будет зависеть от эмиттерного перехода:

В первом случае смещение эмиттерного перехода происходит таким образом, что транзистор стабильно не переходит в режим насыщения и повторитель работает на прямом участке графика передаточной характеристики (напряжения УК и УЕ одинаковы). Максимальное напряжение выходного сигнала меньше входного напряжения. Коэффициент полезного действия равен отношению мощности, поступающей в нагрузку к мощности от источника питания, и достигает максимума (25 %) при наивысшей амплитуде выходного напряжения. Во избежание рассогласования выходного и входного сигнала, амплитуду выходного напряжения приходится уменьшать, в итоге КПД, тоже уменьшается. Низкий КПД в данном режиме работы повторителя обусловлен независимостью тока, проходящего через транзистор, от напряжения питания и мощность, которая потребляется от источника питания является постоянной величиной. В отсутствие входного сигнала, мощность рассеиваемая транзистором, наибольшая. Поэтому в этом режиме эмиттерный повторитель не используется как усилитель мощности, а скорее как передатчик малоискаженного сигнала.
Еще один рабочий режим усилительного каскада, при котором смещение эмиттерного перехода приводит рабочую точку транзистора на границу области запирания. Если принять напряжение эмиттера (УЕ=0) и входной сигнал не поступает, эмиттерный переход обратно смещен и транзистор находится в закрытом состоянии. Вследствие чего, снижается потребляемая мощность. При прохождении с источника питания положительной полуволны, транзистор отпирается (открывается эмиттерный переход), а отрицательная запирает его (отсутствует выходной сигнал). Второй случай работы усилительного каскада решает проблему с увеличением КПД усилителя, потому что отсутствует ток на транзисторе, если нет напряжения питания. Но есть недостаток – сильное искажение выходного сигнала.

Двухтактная схема

Двухтактный эмиттерный повторитель позволяет сделать усиление по току в положительном и отрицательном диапазонах. Чтобы получить разнополярный выходной сигнал, можно использовать комплементарный эмиттерный повторитель. В принципе, двухтактная схема – это два повторителя, каждый из которых усиливает сигнал в плюсовой или минусовой полуволне. Схема состоит из двух типов биполярных транзисторов (с п-р-п и р-п-р – переходами).

Принцип действия комплементарной схемы

Когда входное питание отсутствует, оба транзистора выключены, в связи с отсутствием напряжения на эмиттерных переходах. При прохождении полуволны положительной полярности, происходит открытие п-р-п – транзистора, аналогично, прохождение отрицательной полуволны вызывает открытие р-п-р – транзистора.

Мощный эмиттерный повторитель имеет расчет КПД (К = Пи/4 х УВЫХ/УК), где Увых – амплитуда выходного сигнала; УК – напряжение на коллекторном переходе.

Из формулы видно, что К возрастает при увеличении амплитуды УВЫХ и становится максимальным, при УВЫХ = УК (К = Пи/4 = 0,785).

Отсюда видно, что эмиттерный повторитель на комплементарной схеме обладает значительно более высоким КПД, чем обычный повторитель.

Свойством этой схемы являются большие (переходные) нелинейные искажения. Они проявляют себя в большей степени, чем меньше входное напряжение (УВХ).

Расчет двухтактного усилителя

Так как нам нужен повторитель эмиттерный для усиления по мощности, то исходными данными, чтобы сделать расчет эмиттерного повторителя, будут: сопротивление нагрузки (РН), мощность нагрузки (ПН). Чтобы уменьшить рассогласованность выходного и входного сигнала, напряжение питания должно быть выше на 5 В от амплитуды выходного напряжения.

Формулы для расчета усилительного каскада:

Выходное напряжение: УВЫХ = корень квадратный (2ПНРН).
Напряжение источника питания: УВХ = УЕ + 5.
Выходной ток: ИЕ = УЕ/РН.
Мощность, забираемая у источника питания: П++ П-= 2/Пи × УЕ/РН × УК.
Наибольшая рассеиваемая мощность на каждом из транзисторов: П1= П2= УК2/Пи2РН.

Уменьшение искажений выходного напряжения

Двухтактный эмиттерный повторитель, принцип работы которого описан выше, можно еще улучшить, уменьшив в его схеме переходные искажения сигнала на выходе.

Чтобы уменьшить искажения напряжения на выходе каскада можно подавать на базы транзисторов напряжения, смещающие выходную характеристику.

Для смещения используются диоды либо транзисторы, подающие сигнал на базы рабочих транзисторов повторителя.

Схема с использованием диодов

На эмиттерных переходах транзисторов Т1 и Т2 появляется смещение за счет диодов Д1 и Д2, подключенных между базами транзисторов. При входном напряжении, равном нулю, транзисторы активны. Когда полярность напряжения положительна, транзистор Т2 запирается, а при отрицательной полярности напряжения запирается транзистор Т1. При нулевом входном сигнале один из транзисторов является активным, таким образом, схема с диодами дает характеристику выходного сигнала, очень близкую к линейной. Вместо диодов, можно использовать транзисторы с шунтированными коллекторными переходами.

Усилитель мощности с дополнительными эмиттерными повторителями

Еще одна схема, которая дает уменьшить искажение выходного сигнала, на входе которой включены два транзистора.

В этой схеме на входе размещены два повторителя на транзисторе, которые создают смещение напряжения для эмиттерных переходов двух выходных транзисторов. Существенным плюсом такого включения будет увеличенное сопротивление на входе каскада. Эмиттерные токи входных и базовые токи выходных транзисторов, задают два первых резистора. Вторые два резистора входят в цепь обратной связи для выходных транзисторов.

Этот вариант подключения является буферным усилителем с единичным усилением по напряжению.

Составные транзисторы

Сейчас выпускаются транзисторы в виде отдельного каскада из двух транзисторов в одном корпусе (схема Дарлингтона). Они используются в микросхемах в усилителях на дискретных составляющих. При замене обычного транзистора на составной происходит увеличение входного и уменьшение выходного сопротивлений схемы.

www.syl.ru

Истоковый повторитель Расчет схемы | Техника и Программы

Включая нагрузку в цепь истока полевого транзистора, мы получаем показанную на рис. 5.18 схему с общим стоком или истоковый повторитель. Истоковый повторитель, подобно эмиттерному повторителю, является схемой согласования сопротивлений с коэффициентом усиления напряжения, близким к единице, и с тем дополнительным достоинством, что полевой транзистор по своей природе обладает большим входным сопротивлением.

На рис. 5.19 показана эквивалентная схема истокового повторителя, где приняты во внимание только переменные токи и напряжения точно так же, как это было сделано в отношении эмиттерного повторителя на рис. 5.14. Коэффициент усиления напряжения истокового повторителя чуть-чуть мень-

Рис. 5.18. Основная схема истокового повторителя.

ше единицы. Достаточно беглого взгляда на рис. 5.19, чтобы убедиться в этом; между затвором и истоком полевого транзистора имеется лишь малый сигнал v , так что vbx и увых отличаются только на эту малую величину, в результате чего коэффициент усиления и оказывается примерно равным 1. Более подробное рассмотрение подтверждает это и приводит к выражению для коэффициента усиления.

Поскольку ток стока i пренебрежимо мал, переменный ток стока id, как известно, равен току истока is. Но ток стока id связан с напряжением затвор—исток v коэффициентом пропорциональности, равным крутизне gm:

Рис. 5.21. Истоковый повторитель со следящей обратной связью. Z = 100 МОм.

падает примерно 3 В, так что потенциал истока, как в идеальном случае, находится посредине между землей и напряжением питания.

Это простое усовершенствование дает дополнительный выигрыш, заключающийся в том, что посредством резистора в цепи затвора величиной 2,2 МОм частично осуществляется следящая обратная связь, поскольку потенциал нижнего вывода этого резистора колеблется с амплитудой, составляющей примерно 3/4 от величины выходного сигнала. В результате его эффективное сопротивление возрастает приблизительно в четыре раза, и входное сопротивление оказывается в районе 10 МОм. Путем простого увеличения сопротивления RG в цепи затвора легко получить значения входного сопротивления в сотни мегаом без какого-либо изменения режима по постоянному току.

Другой способ задания режима по постоянному току в истоковом повторителе состоит в том, чтобы поддерживать затвор положительным по отношению к земле с помощью делителя напряжения. На рис. 5.21 приведена такая схема с делителем напряжения, включенным в цепь следящей обратной связи; ее входное сопротивление порядка 100 МОм. Затвор поддерживается на уровне +3 В относительно земли, а смещение затвор-исток будет устанавливаться само, так что исток окажется на 1—2 В положитель- нее затвора, то есть будет иметь положительный потенциал, равный 4—5 В относительно земли; это и есть идеальная рабочая точка при напряжении питания 9 В.

Литература: М.Х.Джонс, Электроника — практический курс Москва: Техносфера, 2006. – 512с. ISBN 5-94836-086-5

nauchebe.net

Эмиттерный повторитель | Практическая электроника

Как это ни странно, эмиттерным повторителем называется схема с Общим Коллектором (ОК). Вроде бы название должно говорить само за себя, а вот хрен-то там. Так что, не забывайте об этом 😉 Давайте разберемся, что значит словосочетание «эмиттерный повторитель»? Если досконально разобрать эту фразу, то она означает, что на эмиттере что-то должно повторяться.

Упрощенная схема эмиттерного повторителя выглядит вот так:

На первый взгляд вроде бы схема как схема, но она обладает 4 важными свойствами:

1) Напряжение Uвых меньше Uвх на каких-то 0,6-0,7 Вольт (падение напряжения на базе-эмиттере)

2)Uвых в точности повторяет по форме и фазе Uвх

3) Сопротивление со стороны входа (входное сопротивление) большое

4) Сопротивление со стороны выхода (выходное сопротивление) маленькое

Усё!

Раз уж упомянули про входное и выходное сопротивление, то как же его рассчитать? Оказывается, сопротивление со стороны входа (входное сопротивление) рассчитывается очень просто:

Rвх = Rэ х β,

где Rэ — это сопротивление резистора в цепи эмиттера

β — коэффициент усиления по току

Также не стоит забывать, что когда мы цепляем нагрузку, то меняется и входное сопротивление, так как параллельно Rэ мы цепляем какое-то сопротивление, являющееся нагрузкой.

Эмиттерный повторитель уменьшает выходное сопротивление источника сигнала в β раз. Допустим, если у нас выходное сопротивление источника сигнала равняется 500 Ом, а β в схеме эмиттерного повторителя равняется 100, то на выходе эмиттерного повторителя мы уже получим источник сигнала с выходным сопротивлением в 5 Ом.

Но опять же, раз выходной сигнал у нас стает меньше на 0,6-0,7 Вольт, получается, что он даже меньше входного!?

Значит схема не усиливает напряжение, а даже его чуток ослабляет) Вот тебе и транзистор — усилитель сигналов)) Но-но! Рано огорчаться. Так как входное сопротивление такой схемы большое, значит, мы можем нагрузить на вход эмиттерного повторителя какой-либо сигнал, не боясь, что он просядет, а на выход мы можем цепануть низкоомную нагрузку. В этом и заключается вся прелесть 😉

Так, а теперь давайте представим, что было бы, если бы мы напрямую, без эмиттерного повторителя, подали сигнал в низкоомную нагрузку с генератора сигнала с высоким выходным сопротивлением? Да сигнал у нас просел бы раза в два! Чтобы это понять, читаем статью про входное и выходное сопротивление.

Значит, эмиттерный повторитель в электронике выполняет роль миротворца между источником сигнала с высоким выходным сопротивлением и низкоомной нагрузкой. Еще более простыми словами: эмиттерный повторитель понижает выходное сопротивление источника сигнала. В этом и заключается его роль в электронике 😉

Также запомните простое правило: эмиттерный повторитель дает усиление по току, а не по напряжению. А так как повышается сила тока, следовательно, и мощность, отдаваемая в нагрузку, тоже будет больше, так как P=IU , где P — это мо щность, I — сила тока, U — напряжение.

Ладно, меньше слов и больше дела. Давайте рассчитаем эмиттерный повторитель. Пусть наше техническое задание (ТЗ) будет звучать так:

Рассчитать схему эмиттерного повторителя для звукового сигнала. +Uпит=12 Вольт.

1) Так как звук у нас представляет колебание как в одну, так и в другую сторону, следовательно, наш сигнал должен колебаться как в положительную, так и в отрицательную сторону. Поэтому, чтобы сигнал имел как можно больший размах, мы должны сделать так, чтобы он находился в середине активного режима. Так как мы сигнал будем снимать с эмиттера, следовательно, в статическом режиме (то есть когда НЕ подаем сигнал на вход нашего эмиттерного повторителя) у нас напряжение на эмиттере должно быть равно половине напряжения питания. Или буковками:

Uэ = Uпит / 2 = 12/2=6 Вольт

2) Чтобы зря не рассеивать на транзисторе тепло, оптимальный ток покоя берут в 1 мА. Это значит, что по цепи +12В——> коллектор——-> эмиттер——>Rэ ——>земля должен течь ток с силой в 1 мА. Здесь мы не учитываем крохотный ток базы. Как этого добиться? Вспоминаем закон Ома для участка цепи и высчитываем номинал резистора:

Iэ=Uэ / Rэ

Rэ=Uэ / Iэ

Rэ=6 В/0,001 А=6 000 Ом = 6 КилоОм.

Берем ближайший из ряда на 6,2 КилоОма

3) Какая же сила тока должна течь через базу-эмиттер, чтобы обеспечить ток покоя в 1 мА? Так как в нашем примере ток эмиттера Iэ почти равен току коллектора Iк (если, конечно, не учитывать крохотный базовый ток) то вспоминаем формулу зависимости тока базы от тока коллектора:

Я взял транзистор КТ817Б, замерял его коэффициент усиления по току , то есть β, и падение напряжения на переходе база-эмиттер с помощью транзистор-тестера:

Итого, β (hFE на транзистор-тестере) равно около 300, падение напряжения 0,55 Вольт.

Следовательно, Iб = Iк / β = 1/300 = 3,3 мкА

4)Высчитываем ток делителя напряжения, который образуют два резистора: Rб и Rэ. Его берут в основном в 10 раз больше, чем ток базы:

Iдел = 10 х Iб = 10 х 3,3 = 33 мкА.

5)Считаем напряжение на базе. Оно равняется:

Uб = Uэ + Uбэ = 6 + 0,55 = 6,55 Вольт.

6)Теперь для простоты расчета чертим небольшую схемку:

Из закона Ома получаем следующие расчеты:

Rбэ = 6,55 В / 33 мкА = 200 КилоОм. Берем ближайший из ряда на 200 КилоОм.

Так как сумма падений напряжений на резисторах равняется Uпит, следовательно, на Rб будет напряжение 12-6,55 = 5,45 Вольта.

Rб = 5,45 В / 33 мкА = 165 КилоОм. Берем ближайший из ряда на 150 КилоОм.

7)Конденсаторы в схеме нам служат для того, чтобы убрать постоянную составляющую, то есть постоянный ток, который присутствует на базе и эмиттере. Нам ведь нужен только переменный сигнал без примеси постоянного тока, так ведь? Для выбора конденсаторов правило простое: постоянная времени RС-цепи должна быть больше периода передаваемого сигнала самой низкой частоты примерно в 100 раз.

Не будем сейчас говорить от дифференциальных и интегральных цепях (блин, голова заболела от одного их упоминания ), а просто разберемся, как высчитывается постоянная времени RC- цепи. Назовем ее t . Вычисляется она по формуле:

t=Rвх х C1

Входное сопротивление эмиттерного повторителя высчитывается по формуле:

Rвх = Rэ х β = 6000 х 300 = 1,8 МегаОм.

Для звукового сигнала самая низкая частота — это 20 Герц (предел слуха человека средних лет), находим период и значение конденсатора:

T=1/f

Rвх х C1=100 х 1/f

Rвх х С1 = 100 х 0,05

1,8 х 106 х С1 = 5

С1= 5 / 1,8 х 106 = 2,7 мкФ. То есть берем кондер от 2,7 мкФ. Думаю, 10 мкФ будет самое оно.

С2 — это вход какого-либо следующего каскада, следовательно, он рассчитывается аналогично. В нашем примере возьмем его на 100 мкФ, так как чем низкоомнее нагрузка, тем большая емкость должна быть на выходе каскада.

Следовательно, вся наша схема будет с такими параметрами:

Собираем схему в реале и проверяем в деле:

Итак, входной сигнал у нас будет красным цветом, выходной — желтым. Подаем сигнал с генератора частоты амплитудой в 0,5 Вольт. Не цепляем пока никакую нагрузку и смотрим, что у нас получилось:

Как вы видите, у нас получилось два абсолютно одинаковых сигнала, которые даже по фазе повторяют друг друга. Короче говоря, что на входе, то и на выходе.

Но фишка немного в другом. Давайте я сейчас нагружу входной сигнал резистором в 500 Ом. Область, выделенную штрихпунктирной линией мы пока что НЕ рассматриваем.

Какое напряжение Uвх у нас сразу станет? Все зависит от выходного сопротивление генератора. Так как я подаю сигнал через делитель напряжения, сделанный на потенциометре, следовательно, у меня красный сигнал очень жоска просядет, что мы и видим на осциллограмме ниже. На желтый пока что не обращайте внимание.

Но что будет, если я нагружу этот сигнал тем же самым резистором в 500 Ом через эмиттерный повторитель? Ставим резистор на выход эмиттерного повторителя:

Смотрим осциллограмму:

Входной сигнал даже не просел, даже тогда, когда мы его нагрузили через эмиттерный повторитель ;-).

А где же та самая обещанная просадка напряжения в 0,6-0,7 Вольт? Если бы мы подавали сигнал сразу на базу, без делителя напряжения на резисторах Rб и Rбэ , то мы увидели бы просадку.

Есть, конечно, большой минус эмиттерного повторителя. Заключается он в том, что сигнал на выходе тупо срезается при отрицательной полуволне при сильной низкоомной нагрузке. Поставив резистор в 100 Ом, у нас получается вот такой ералаш:

Но почему так произошло?

Не хочу приводить дотошные формулы и выводить их, просто скажу, что из-за слишком низкоомной нагрузки, у нас получается так, что на эмиттере напряжение стает больше, чем на базе, а следовательно, транзистор тупо «затыкается», так как в этом случае P-N переход оказывается включен в обратном направлении.

Как же с этим бороться?

Можно уменьшить Rэ , но тогда и ток покоя будет больше, что приведет опять же к расточительству электроэнергии и нагреву транзистора.

Другой вариант, взять так называемый транзистор Дарлингтона, который имеет очень большое входное сопротивление порядка 10 МегаОм и обладает большим коэффициентом усиления β . Все дело в том, что такой транзистор состоит из двух транзисторов, коэффициент усиления которого будет равен:

βобщее = β1 х β2

где

β1 — коэффициент усиления первого транзистора

β2 — коэффициент усиления второго транзистора

Вот так выглядит транзистор Дарлингтона:

Также в ретроусилителях мощности уже не заморачиваются и используют эмиттерные повторители в так называемом режиме работы класса B, где усиливается по току только одна полуволна сигнала каждым транзистором. А если честно, лучше вообще забить на этот эмиттерный повторитель, так как есть радиоэлементы, которые не надо рассчитывать и которые выдают усиление во много раз превосходящее, чем у эмиттерного повторителя и без всяких заморочек.

Продолжение——->

<——-Предыдущая статья

www.ruselectronic.com

2.1.7. Истоковый повторитель

Усилительный каскад, аналогичный эмиттерному повторителю может быть построен на полевом транзисторе, называется каскад истоковым повторителем. Схема его приведена на рис.2.11.

Рис.2.11. Истоковый повторитель

В этом каскаде сток по переменной составляющей соединен с общей точкой усилителя, нагрузочный резистор Ru включен в цепь истока.

Свойства этого каскада аналогичны свойствам эмиттерного повторителя: он имеет высокое входное сопротивление до 10 МОм и выше, низкое выходное сопротивление менее 1 кОм, коэффициент передачи напряжения Кu  1, фаза выходного напряжения практически равна фазе входного напряжения. Коэффициент усиления по току Кi истокового повторителя значительно больше, чем у эмиттерного повторителя, Кi доходит до величины от нескольких десятков тысяч до миллиона.

Истоковые повторители, так же как и эмиттерные повторители, чаще всего применяют в качестве вспомогательных усилительных каскадов для согласования высокоомных источников усиливаемого напряжения с низкоомными нагрузочными устройствами.

2.1.8. Усилители мощности

Рассмотренные ранее усилительные каскады обеспечивают получение на выходе сигналов, мощность которых значительно выше мощности входных сигналов, однако, основным показателем работы этих каскадов являются коэффициент усиления по напряжению, а в эмиттерном и истоковом повторителе коэффициент усиления по току.

В том случае, когда в нагрузочном устройстве необходимо выделить максимальную мощность, используются усилители мощности. Они, как правило, являются выходными каскадами многокаскадных усилителей. Основным параметром усилителя мощности является коэффициент усиления по мощности, равный произведению коэффициентов усиления по напряжению и току:

Кр = Кu  Кi

Нагрузочными устройствами усилителя мощности являются обмотки электродвигателей, реле, громкоговорителей и других элементов электрических цепей, имеющие сравнительно небольшие сопротивления (единицы и десятки Ом). При выбранном усилительном элементе усилителя и заданном источнике усиливаемого сигнала получение максимальной мощности в нагрузочном устройстве возможно лишь при условии, что сопротивление нагрузки равно выходному сопротивлению усилительного каскада, т.е. в согласованном режиме.

Рис.2.12. Схема однотактного усилителя мощности

Для согласования сопротивлений нагрузочного устройства с выходным сопротивлением усилителя мощности используются понижающие трансформаторы. Схема усилительного каскада с трансформатором, нагруженным на резистор RН, показана на рис. 2.12.

Первичная обмотка трансформатора включена в цепь коллектора; сопротивление нагрузки, приведенное к первичной обмотке трансформатора равно:

R/Н = (W1/W2)2 RН,

где W1 и W2 – число витков первичной и вторичной обмоток трансформатора. Следовательно при определенном коэффициенте трансформации трансформатора = W1/W2 можно добиться равенства Rвых=R/Н.

Назначение остальных элементов схемы аналогично усилителю напряжения.

Для усилителей мощности важное значение имеет коэффициент полезного действия (к.п.д.), который зависит от режима работы усилительного элемента. В приведенной схеме, называемой однотактным усилителем мощности, используется режим усиления класса А. При этом нелинейные искажения минимальны, однако к.п.д. низок (не более 50%).

С целью повышения к.п.д. усилительного каскада используется двухтактные усилители мощности, состоящие из двух симметричных плеч (рис. 2.13). Эти усилители работают чаще всего в режиме класса В, что значительно повышает к.п.д. ( до 80 %).

Рис. 2.13. Схема двухтактного усилителя мощности

Транзисторы Т1 и Т1 , которые подбирают с максимально близкими характеристиками, работают в одинаковом режиме. Единственным отличием в работе плеч усилителя является противофазность токов и напряжений в цепях баз транзисторов и обусловленная этим противофазность переменных токов и напряжений в коллекторных цепях.

Назначение элементов двухтактного усилителя аналогично назначению соответствующих элементов однотактного усилителя с учетом того, что они обслуживают два транзистора. Входной трансформатор ТрВХ обеспечивает получение двух одинаковых по модулю но противофазных напряжений UBX1иUВЫХ2. Выходной трансформатор ТрВЫХс первичной обмоткой с числом витков W суммирует переменные выходные токи и напряжения транзисторов. Ко вторичной обмотке трансформатора ТрВЫХ подключен нагрузочный резистор RН. При этом ток нагрузки состоит из двух полуволн, каждая из которых формируется поочередно одним из плеч двухтактного усилителя, в то время как вторая полуволна отсекается в режиме класса В.

Для простоты предложим, что на вход подано гармоническое напряжение. Тогда на базы транзисторов будут воздействовать напряжения (рис.2.13).

uбэ1= U+ UВХ1msin ωt,

uбэ2= U– UВХ2msin ωt,

причем UВХ1m= UВХ2m.

В результате воздействия входных напряжений изменяются базовые и соответственно коллекторные токи транзисторов (рис.2.13)

iк1= I+ Iк1m sin ωt,

iк2= I– Iк2m sin ωt,

причем Iк1m= Iк2m.

Коллекторные токи будут создавать суммарный магнитный поток ТрВЫХ,

Определяемый магнитодвижущей силой

F=0,5wiк1 – 0,5wiк2.

Подставив значения токов и учитывая, что их постоянные и переменные составляющие одинаковы, окончательно получим

F= wIк1m sin ωt.

Таким образом, как следует из последнего выражения, постоянное подмагничивание трансформатора отсутствует, а транзисторы работают как бы поочередно, образуя гармоническое выходное напряжение из двух полусинусоид.

Напряжение на нагрузочном резисторе RН пропорционально магнитному потоку, определяемому магнитодвижущей силой F, поэтому напряжение на выходе усилителя также будет гармоническим.

Преимущества двухтактных усилителей мощности: меньшие нелинейные искажения, поскольку высшие гармонические составляющие компенсируются; возможность получения высокого к.п.д. при использовании режима В; меньшая чувствительность к пульсация напряжения питания.

studfiles.net

Основы электроники. Эмиттерный повторитель. | MicroTechnics

Продолжается сага о биполярных транзисторах, и сегодня будет вторая часть из трех 😉 В этой статье мы обсудим такую замечательную вещь, как эмиттерный повторитель. Тема эта довольно важна для понимания принципа работы транзистора, поэтому постараюсь все описать довольно подробно и главное понятно)

В общем, начинаем разбираться, и начнем мы, собственно, со схемы:

Принципиальная схема эмиттерного повторителя

Выходной сигнал тут снимается с эмиттера, а чему он равен? Правильно, напряжение на базе минус 0.6 В (прямое напряжение диода база – эмиттер). Вот и получается, что сигнал на выходе повторяет входной сигнал за той лишь разницей, что амплитуда его меньше на 0.6 В. Таким образом, эмиттерный повторитель полностью оправдывает свое название;)

Все это, конечно, замечательно, но может возникнуть резонный вопрос – зачем все эти пляски? Устройство то получилось бесполезное – что на вход подали, то с выхода и сняли…

Думаю всем понятно, что смысл в этом все же есть, так что давайте разбираться, в чем тут фишка. Но сначала отвлечемся ненадолго и обсудим один важный для понимания электроники в целом момент.

Импеданс нагрузки и источника сигнала.

Строго говоря, сопротивление может быть активным и реактивным (комплексным), но все-таки, сегодня разговор не об этом, поэтому углубляться не будем, просто запомним, что импеданс – это полное сопротивление. А тонкости мы обязательно рассмотрим как-нибудь в отдельной статье.

Итак, нагрузка, источник сигнала и их импеданс!

Пусть у нас есть источник напряжения и к нему подключена нагрузка. Источник не идеальный (а вполне реальный), поэтому его внутреннее сопротивление не равно 0. И в итоге мы получаем делитель напряжения (его составляют резистор нагрузки и внутренне сопротивление источника), что приводит к тому, что на полезной нагрузке будет напряжение меньшее, чем выдает источник. Естественно, это плохо и с этим надо бороться. А как? Ну, тут только один вариант – внутреннее сопротивление источника должно быть намного меньше, чем сопротивление нагрузки – Rвн<<Rн. В случае источника тока, картинка прямо противоположная, то есть Rвн>>Rн.

В электрических схемах в качестве источника сигнала может выступать, например, выход усилительного каскада (его сопротивление Rвых), а в качестве нагрузки, например, другой каскад, ну или непосредственно нагрузка (с сопротивлением Rвх). Вспоминаем выводы, которые мы получили для примера с источником питания и нагрузкой, и получаем, что Rвх должно быть намного больше, чем Rвых. А, если обобщить, то получаем Zвых<<Zвх (символом Z обозначается величина импеданса).

А теперь вспоминаем, что мы вообще то обсуждаем тут и возвращаемся к схеме эмиттерного повторителя 😉

Так вот важнейшее свойство эмиттерного повторителя заключается в том, что его входной импеданс намного больше, чем выходной. И это его свойство невероятно полезно. Смотрите сами – пусть у нас есть источник напряжения и нагрузка. Сопротивление нагрузки должно быть значительно больше выходного сопротивления источника. А если источник подключить к нагрузке через эмиттерный повторитель, то источник сможет работать на нагрузку с меньшим значением импеданса. То есть, если у нас Rнагрузки(Rвх) примерно равно выходному сопротивлению источника (Rвых), например, то потеря амплитуды сигнала будет довольно-таки значительной (из-за делителя напряжения, состоящего из Rвых и Rвх). А если мы включим в цепь эмиттерный повторитель, то эти потери будут значительно уменьшены. Вот так вот )

А, если говорить совсем просто, то эмиттерный повторитель обеспечивает увеличение тока, и, соответственно, мощности, хоть напряжение и не меняется. Теперь-то, надеюсь, ни у кого не возникает сомнений в полезности этого устройства =)

Вот мы и разобрались с принципом работы эмиттерного повторителя. Но на этом не заканчиваем, давайте-ка посмотрим практические схемы его использования. И в качестве примера хочу показать вам, как использовать повторитель для стабилизации напряжения.

Тут придется второй раз отвлечься от основной темы и немного уделить внимания еще одному полезнейшему элементу – а именно стабилитрону.

Стабилитрон.

Стабилитрон, кстати, также называют зенеровским диодом. Его вольт-амперная характеристика похожа на характеристику обычного диода

Но вот используется он буквально противоположно. Посмотрите на схему:

Обратите внимание на то, что катод подключен к плюсу(!), то есть рабочей областью для зенеровского диода является обратная ветвь ВАХ. Пусть на входе имеется нестабильный источник, тогда питающий ток меняется в некоторых пределах, что вообще-то не очень хорошо. При использовании стабилитрона достаточно большим изменениям входного тока соответствуют очень небольшое изменение выходного напряжения. Это следует из вольт-амперной характеристики – видно, что на обратной ветви, при определенном значении напряжения, характеристика круто уходит вниз. То есть при разных значениях тока (в довольно-таки широких пределах) напряжение на стабилитроне практически не изменяется, что нам собственно, и требуется ) С этим вроде бы все понятно.

У этого способа стабилизации напряжения есть ряд минусов. Во-первых, мы не можем отрегулировать выходное напряжение и установить его на определенное значение, ведь оно определяется характеристикой конкретного стабилитрона. Ну а во-вторых, все-таки стабилитрон не идеален, и в связи с этим пульсации входного напряжения сглаживаются не всегда хорошо. А если через нагрузку ток не течет, то вся мощность должна рассеяться на стабилитроне, то есть при проектировании схем нужно подыскивать стабилитрон с большой мощностью рассеяния. И тут мы возвращаемся к главной теме нашей беседы, то есть к эмиттерному повторителю, который может значительно улучшить схему стабилизации.

Стабилитрон работает так же, как и в предыдущей схеме, то есть стабилизирует напряжение на базе транзистора. Так как это повторитель, то на выходе мы также получаем стабилизированное значение напряжения. А польза такой схемы заключается в том, что теперь ток, протекающий через стабилитрон, не зависит от тока нагрузки (действительно через стабилитрон течет малый ток базы, который потом усиливается транзистором). Ток меньше, а вместе с ним, становится меньше и мощность, рассеиваемая на стабилитроне.

А теперь давайте, вспомним, что мы уже изучили в курсе «Основы электроники» и прикинем, как бы еще улучшить эту схему. Было бы неплохо (даже очень хорошо 😉 ) снизить пульсации тока в стабилитроне. А как можно отфильтровать пульсации? Конечно, же фильтром! Фильтром низких частот (про фильтры уже было раньше – вот тут) =) Добавляем его в схему:

Вот так и получаются сложные принципиальные схемы – там что-нибудь добавить, тут что-нибудь улучшить, а здесь что-нибудь отфильтровать 😉

Про биполярные транзисторы вообще можно разговаривать практически бесконечно, но читать это потом будет нереально, так, что, пожалуй, на этом сегодня и остановимся. Многое еще надо рассмотреть, так что до скорого, до новых статей! )

microtechnics.ru

2.1. 3. Эмиттерный повторитель.

Рассмотренные схемы усилительных каскадов использовали основную схему включения биполярного транзистора с общим эмиттером. Теперь рассмотрим работу и характеристики основной схемы включения с общим коллектором.

Рис. 62. Эмиттерный повторитель.

Схема усилительного устройства приведена на рис.62. Особенность построения схемы состоит в том, что коллектор транзистора подключен непосредственно к источнику напряжения питания, а выходное напряжение снимаем с резистора в эмиттерной цепи. Если не допускать режима отсечки (транзистор закрыт), то входное напряжение должно быть положительным и не менее ≈ 0,6В. При этом транзистор всегда будет открыт и выходное напряжение будет меньше входного примерно на 0,6В.

Таким образом, приходим к выводу, что коэффициент усиления по напряжению будет меньше 1, но близок к этому значению. Выполним анализ схемы для определения ее основных параметров.

Анализируя схему, составим уравнения:

dUкэ = - dUвых, dUб = dUбэ + dUэ, dUэ ≈ Rэ*dIк = dUвых, dUб = dUвх.

Полученные уравнения подставим во второе уравнение системы (2).

В последнем выражении необходимо учесть, что Rэ >> 1 и rк >> 1, а это позволяет допустить 1/Rэ = 1/rк = 0. Ку = 1. Входное сопротивление эмиттерного повторителя находится также как у усилительного каскада с отрицательной обратной связью по току rвх = dUвх/dIвх = rб + (β + 1)*Rэ. Выходное сопротивление определяется соотношением . Для оценки величин сопротивлений рассмотрим пример: Iк = 2мА, β = 100, Rэ = 3000оМ, Rг = 20000оМ. Учитывая, что S = Iк/φт и rб = βφт/Iк получаем rвх = 304,3кОм и rвых = 198оМ. Как видим, эмиттерный повторитель имеет большое входное сопротивление и низкое выходное сопротивление. Поэтому часто эмиттерный повторитель называют – преобразователь импеданса, а из-за коэффициента усиления близкого к 1 и отсутствия инвертирования сигнала его называют – эмиттерный повторитель.

Рис. 63. Сложный эмиттерный повторитель и диаграмма его работы.

днако оценим коэффициент усиления по току эмиттерного повторителя КI = dIвых/dIвх = dIэ/dIб = β + 1. Это приводит к тому, что эмиттерный повторитель обладает высоким коэффициентом усиления мощности КP = dPвых/dPвх = dUвых*dIвых/dUвх*dIвх. Но Uвых ≈ Uвх, и будем иметь КP = KI ≈ β. Поэтому эмиттерный повторитель очень часто используют в качестве усилителя мощности. Эмиттерный повторитель реализованный на одном транзисторе имеет низкий коэффициент полезного действия, так как через транзистор должен протекать ток даже при отсутствии сигнала. Поэтому в качестве усилителя мощности используют схему сложного эмиттерного повторителя см. рис. 63. Как видно на рисунке схема состоит из двух транзисторов разной проводимости, транзистор VT1 проводимости n-p-n, а VT2 – p-n-p. Схема питания состоит из двух источников напряжения U1 и U2, включенных последовательно с заземленной средней точкой. Базы транзисторов соединены между собой и являются входом схемы. Нагрузка включена: общая точка эмиттеров – общий провод.

При отсутствии сигнала базово - эмиттерные переходы обоих транзисторов смещены в обратном направлении, т.е. транзисторы закрыты и, следовательно, токи коллекторов равны нулю.

Рис. 64. Сложный эмиттерный повторитель с предварительным смещением.

При подаче сигнала положительной полярности будет открываться транзистор VT1, но только тогда когда напряжение на базе станет равным или больше 0,7В. При этом будет формироваться ток коллектора транзистора VT1 по контуру: плюс источника питания U1 – коллектор транзистора – эмиттер транзистора – нагрузка – общий провод – минус источника питания U1. При подаче на вход отрицательного напряжения подобным образом работает транзистор VT2, и формирует в нагрузке ток обратного направления. Важно отметить, что при изменении входного напряжения в диапазоне ≈ (+,-) 0,7В оба транзистора закрыты и выходное напряжение равно нулю. Как видно на графике это явление формирует ступеньку в выходном напряжении, что приводит увеличению искажений. Чтобы избавиться от таких искажений необходимо на базы транзисторов подать начальное напряжение смещения и при этом не нарушить стабильность работы каскада. Этой цели добиваются установкой прямо смещенных диодов между базами транзисторов, как показано на рис. 61. В этом случае на базах формируется начальное напряжение равное напряжению на переходе, смещенном в прямом направлении. Поэтому искажения в виде ступеньки отсутствуют.

Важное свойство эмиттерного повторителя – низкое выходное сопротивление, позволяет использовать его в качестве стабилизатора напряжения, схема которого показана на рис. 65.

Рис. 65. Эмиттерный повторитель – стабилизатор напряжения.

сточник напряжения питания включается в коллекторную цепь, а сопротивление нагрузки включается в эмиттерную цепь, напряжение на базе задается стабилитроном VD. Ток стабилитрона определяется сопротивлением. Таким образом, напряжение на нагрузке определяется уравнением Uн = Uб – Uбэ, где напряжение на базе Uб равно напряжению стабилизации стабилитрона в широком диапазоне изменения токов нагрузки и входного напряжения.

studfiles.net

2.1.7. Истоковый повторитель

Рис.2.11. Истоковый повторитель

2.1.8. Усилители мощности

Кр = Кu  Кi

Рис.2.12. Схема однотактного усилителя мощности

R/Н = (W1/W2)2 RН,

Назначение остальных элементов схемы аналогично усилителю напряжения.

Рис. 2.13. Схема двухтактного усилителя мощности

uбэ1= U+ UВХ1msin ωt,

uбэ2= U– UВХ2msin ωt,

причем UВХ1m= UВХ2m.

iк1= I+ Iк1m sin ωt,

iк2= I– Iк2m sin ωt,

причем Iк1m= Iк2m.

Коллекторные токи будут создавать суммарный магнитный поток ТрВЫХ,

Определяемый магнитодвижущей силой

F=0,5wiк1 – 0,5wiк2.

F= wIк1m sin ωt.

studfiles.net

Основы электроники. Эмиттерный повторитель. Эмиттерный повторитель на полевом транзисторе

Повторитель эмиттерный на транзисторе: принцип работы :: SYL.ru

Схемы подключения транзисторов

Общие понятия о повторителе

Принцип действия

Как сделать расчет схемы

Отличительные особенности

Режимы работы

Двухтактная схема

Принцип действия комплементарной схемы

Расчет двухтактного усилителя

Уменьшение искажений выходного напряжения

Схема с использованием диодов

Усилитель мощности с дополнительными эмиттерными повторителями

Составные транзисторы

Истоковый повторитель Расчет схемы | Техника и Программы

Эмиттерный повторитель | Практическая электроника

2.1.7. Истоковый повторитель

2.1.8. Усилители мощности

Основы электроники. Эмиттерный повторитель. | MicroTechnics

Принципиальная схема эмиттерного повторителя

Импеданс нагрузки и источника сигнала.

Стабилитрон.

2.1. 3. Эмиттерный повторитель.

2.1.7. Истоковый повторитель

2.1.8. Усилители мощности

Видеоматериалы

Опыт пилотных регионов, где соцнормы на электроэнергию уже введены, показывает: граждане платить стали меньше

Соответствует ли вода и воздух установленным нормативам?

С начала года из ветхого и аварийного жилья в республике были переселены десятки семей

Столичный Водоканал готовится к зиме

Более 10-ти миллионов рублей направлено на капитальный ремонт многоквартирных домов в Лескенском районе

Актуальные темы

Формирование энергосберегающего поведения граждан

Предложения организаций, осуществляющих регулируемую деятельность о размере подлежащих государственному регулированию цен (тарифов) на 2013 год

НАУЧИМСЯ ЭКОНОМИТЬ В БЫТУ

Рубрикатор

Пользователю

Доп.информация

<<	<	Ноябрь 2013			>	>>
Пн	Вт	Ср	Чт	Пт	Сб	Вс
				1	2	3
4	5	6	7	8	9	10
11	12	13	14	15	16	17
18	19	20	21	22	23	24
25	26	27	28	29	30