Предыдущая публикация
Эмиттерный повторитель
Эмиттерный повторитель — это схема с Общим Коллектором (ОК). Вроде бы название должно говорить само за себя, а вот нет. Так что, не забывайте об этом.Схема эмиттерного повторителя
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
Входное и выходное сопротивление эмиттерного повторителя
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 подключить 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 в несколько раз! Чтобы это понять, читаем статью про входное и выходное сопротивление.
Для чего нужна эта схема
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 мощность, I — сила тока, U — напряжение.
Расчет эмиттерного повторителя
Наше техническое задание звучит так:
Рассчитать схему эмиттерного повторителя для звукового сигнала. +Uпит=12 Вольт.
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
Входное и выходное сопротивление эмиттерного повторителя
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 подключить 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 в несколько раз! Чтобы это понять, читаем статью про входное и выходное сопротивление.
Для чего нужна эта схема
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 мощность, I — сила тока, U — напряжение.
Расчет эмиттерного повторителя
Наше техническое задание звучит 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 буквами:
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:
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:
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 конденсатор 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:
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 конденсатор 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.
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 сильно просядет, что мы и видим на осциллограмме ниже. На желтый пока что не обращайте внимание.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 сильно 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.
Недостатки эмиттерного повторителя
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:
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.
Недостатки эмиттерного повторителя
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 PN-переход оказывается включен в обратном направлении.
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 PN-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:
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:
Следующая публикация
Комментарии 25
При подборе пар транзисторов разница в коэффициенте усиления, в моём случае, была большая.
Примерно, из тысячи штук отобрал пар штук двадцать.
Стараюсь с малым коэффициентом усиления не применять.
К примеру, приобрёл много транзисторов КТ8101 и КТ8102 из двух партий.
Одна партия красивая упаковка, маркировка прелесть, корпус прекрасный, при проверке на напряжение более ста вольт не выдерживали, втора партия невзрачная, корпус в щербинках, параметры прекрасные, напряжение выдерживают не менее 200 вольт.
У меня есть почти все полупроводники, микросхемы и прочее.
Есть редкие, к примеру, 1Т910.
Нет транзисторов П1, П2, П3, П207, П208, П209, ГТ405.
Мне тоже 70 лет и 70 дней, я тоже знаю, что будет с моей коллекцией, в коей несколько тысяч различной радиоаппаратуры и большое количество радиодеталей, но не могу ничего продать, только зимой конструирую, чтобы использовать детали.
Всё это только хобби, на которое трачу много времени и денег.
Согласно закону Ома для участка однородной цепи СИЛА ТОКА ПРЯМО ПРОПОРЦИОНАЛЬНА ПОЛОЖЕННОМУ НАПРЯЖЕНИЮ . Коэффициент пропорциональности , не зависящий от напряжения , принято обозначать 1/R , где R - величина , называемая сопротивлением проводника . Следовательно , I = U/R.
Еденицу сопротивления проводника устанавливают на основе закона Ома . Единицей удельного сопротивления является 1 Ом • м. Расчет необходимо вести от выходного сопротивления и продвигаться к изначальному сопротивлению . При подсо...ЕщёНекоторые свойственные комментарии когда перечитываю то приходится удалять при обнаружении орфографических ошибок . кто может не правильно понять смысл . Ну а данные схемы встречаются часто в практических каскадах транзисторов с общим коллектором. " Особенностьи этих схем в том , что входное напряжение полностью передается обратно на вход , т.е. очень сильна ООС." Закон Ома . "СИЛА ТОКА В ПРОВОДНИКЕ ПРЯМО ПРОПОРЦИОНАЛЬНА НАПРЖЕНИЮ И ОБРАТНО ПРОПОРЦИОНАЛЬНА СОПРОТИВЛЕНИЮ".
Согласно закону Ома для участка однородной цепи СИЛА ТОКА ПРЯМО ПРОПОРЦИОНАЛЬНА ПОЛОЖЕННОМУ НАПРЯЖЕНИЮ . Коэффициент пропорциональности , не зависящий от напряжения , принято обозначать 1/R , где R - величина , называемая сопротивлением проводника . Следовательно , I = U/R.
Еденицу сопротивления проводника устанавливают на основе закона Ома . Единицей удельного сопротивления является 1 Ом • м. Расчет необходимо вести от выходного сопротивления и продвигаться к изначальному сопротивлению . При подсоеденении измерительных модулей к измерению проводника , всегда ставят наибольшее сопротивление . Метод позволяет не только выявить напряжение пропорциональное току , но и вычислить само сопротивление по току обозначают Ri. это означает , что ограничение эмиттера резистором запрограммировано избирательным резистором или выходным участком резистора по линии ООС, Ri. С помощью резистора на участке эмиттера получают прямую линию проводимости тока эмиттер - база . Ни кто не говорит ,что пока зарядится конденсатор , а говорят "как только зарядится конденсатор". Пока заряжается конденсатор, "одновременно" запитывается сопротивление по току Ri в проводнике эмиттера . Прямой полярностью отрицательный потенциал через Rн в проводнике эмиттера запитывает конденсатор , конденсатор , - работает по аналогии акцепторной связи ( акцептор , - выдергивание) к примеру , если вместо конденсатора каналом э -б преобразовывается поиск сигналов с помощью антенны . Одновременно, при запитке сигнала потенциалом, к примеру, сигналом по изображению, напряжение на резисторе уменьшается в заданных по номиналу резистора величинами, - по ограничению "удельных проводимостей" резистора . В соответствии к примеру , если резистор в виде экрана по воспроизведению изображений и каскад выходной то падение по напряжению воспроизводит ООС, в виде изображения . условности . На самом деле все сложнее и не на одном транзисторе , а миллионы транзисторов на один кв. См.