Біполярні вальний каскад, homeelectronics
Привіт, продовжимо знайомство з біполярними транзисторами. У попередньому пості було розглянуто транзистор в якості електронного ключа. Але це ще не всі можливості біполярних транзисторів, можна сказати навіть ключовий режим роботи - це лише мала частка в схемах, де використовуються транзистори. У левової частки транзисторних схем транзистор використовується в якості підсилювального приладу. У даних схемах транзистор використовується в так званої активної області. Транзистор в якості підсилювального приладу, включається в підсилювальний каскад, який крім транзистора містить ще ланцюга харчування, навантаження і ланцюги зв'язку з подальшим каскадом.
Схеми включення транзистора
Для біполярних транзисторів можливі три схеми включення, які мають здатність посилювати потужність: із загальним емітером (ОЕ). загальною базою (ПРО) і загальним колектором (ОК). Схеми відрізняються способом включення джерела сигналу і навантаження (RН).
Схема із загальним емітером
Схема із загальною базою
Схема із загальним
Для всіх схем включення транзистора при відсутності сигналу, що подається від джерела (ЕГ), необхідно встановити початковий режим по постійному струму - режим спокою. При цьому як і говорилося в попередньому пості емітерний перехід повинен бути відкритим, а колекторний - закритим. Для транзисторів p-n-p це досягається подачею негативної напруги на колектор (колекторного напруги E0C) і негативного напруги на базу (напруги зсуву E0B). Для транзисторів n-p-n полярність цих напруг повинна бути протилежною. Режим спокою транзистора опредяляется становищем його робочої точки, яке залежить від струму емітера IE (практично рівного току колектора IС і залежить від E0B) і від напруги E0C.
Підсилювальні параметри транзистора
Підсилювальні властивості транзисторів для малого змінного сигналу оцінюються за допомогою різних систем параметрів, що зв'язують вхідні струми і напруги, але нормуються тільки два основних параметри: h21e і fТ (або fh21b). Знаючи параметр транзистора h21e для заданого режиму спокою IE. можна за допомогою наступних формул визначити основні параметри підсилювального каскаду в області НЧ:
">
де re - опір емітера транзистора.
">
де S - провідність транзистора.
Таким чином, можна обчислити значення | K | - коефіцієнт посилення напруги транзистора, | Ki | - коефіцієнт посилення струму транзистора, Zвх - вхідний опір транзистора:
Параметри підсилювального каскаду
Області застосування каскадів ОЕ, ПРО і ОК визначаються їх властивостями.
Каскад із загальним емітером забезпечує посилення, як по напрузі, так і по току. Його вхідний опір порядку сотень Ом, а вихідний - десятків кОм. Відмітна особливість - змінює фазу підсилюється сигналу на 180 °. Володіє кращими підсилювальними властивостями в порівнянні з ПРО і ОК і тому є основним типом каскаду для посилення малих сигналів.
Каскад із загальною базою забезпечує посилення тільки по напрузі (практично таке ж, як ОЕ). Вхідний опір каскаду в (1 + h21e) разів менше, ніж ОЕ, а вихідний - в (1 + h21e) разів більше. На відміну від ОЕ каскад ПРО не змінює фази підсилюється сигналу. Мале вхідний опір каскаду ПРО обмежує його застосування в УНЧ: практично він використовується тільки як елемент диференціального підсилювача.
Каскад із загальним колектором забезпечує посилення тільки по току (практично таке ж, як ОЕ). На відміну від ОЕ каскад ОК не змінює фази підсилюється сигналу. При К = 1 каскад ОК як би повторює посилюється напруга за величиною і фазі. Тому такий каскад називається емітерний повторювачем. Вхідний опір ОК залежить від опору навантаження RH і велике (майже в h21e разів більше RH), а вихідний опір залежить від опору джерела сигналу RГ і мало (майже в h21e разів менше RГ). Каскад ОК завдяки великому вхідному і малому вихідному опору знаходить застосування як в попередніх, так і в потужних УНЧ.
Ланцюги харчування біполярних транзисторів
Для забезпечення заданого режиму роботи біполярного транзистора потрібно встановити положення точки спокою, яке визначається струмом спокою IС. З цією метою на електроди транзистора повинні бути подані два напруги: коллекторное і напруга змішання бази. Полярність цих напруг залежить від структури транзистора. Для транзисторів p-n-p обидва цих напруги повинні бути негативними, а для n-p-n - позитивними, щодо емітера транзистора. Величини колекторного і базового напруги повинні бути різні; крім того, різними виявляються і вимоги до стабільності цих напруг. Тому використовуються дві окремі ланцюга харчування - колектора і бази.
харчування колектора
Ланцюги харчування колектора містять елементи, показані нижче.
У багатокаскадних підсилювачах колекторні ланцюга всіх каскадів підключаються паралельно до одного спільного джерела E0C. В цьому випадку ланцюг харчування колектора містить розв'язують фільтр Rф CФ. Призначення такого фільтра - усунути паразитне зворотний зв'язок через спільне джерело живлення. При харчуванні від мережі змінного струму, крім того, зменшуються пульсації напруги харчування. Резистор Rф включають послідовно з навантаженням RН. і на ньому втрачається частина колекторного напруги. Тому рекомендується опір Rф вибирати виходячи з допустимого падіння напруги:
Напруга між колектором і емітером транзистора UCE вибирається в межах
При цьому мінімальне значення UC не повинно бути менше 0,5 В, інакше робоча точка переходить в область насичення і зростають нелінійні спотворення.
Схема ланцюгів харчування бази
Ланцюги харчування бази містять елементи, показані нижче
Схема з фіксованим струмом
Схема з фіксованою напругою
Схема з автоматичним зміщенням
Заданий режим роботи транзистора встановлюється шляхом подачі на його базу необхідного напруги зміщення UB або створення в ланцюзі бази необхідного струму зміщення IB. В обох випадках між емітером і базою встановлюється напруга UBE, рівне (в залежності від IB) 0,1 ... 0,3 В (для германієвих транзисторів) або 0,5 ... 0,7 В (для кремнієвих). Зсув бази може здійснюватися від загального з колектором джерела живлення E0C або від окремого джерела живлення базових ланцюгів E0В.
При харчуванні від E0C зміщення бази може бути фіксованим (по струму або напрузі) або автоматичним. Схеми з фіксованим струмом і з фіксованим напругою не забезпечують стабільності робочої точки транзистора при зміні температури.
Розрахунок підсилювального каскаду
Схема з автоматичним зміщенням. отримала найбільше поширення, містить три резистора: Rb1. Rb2 і RE. За рахунок негативного зворотного зв'язку створюваної RE в ланцюзі емітера, досягається необхідна стабілізація робочої точки. Блокувальний конденсатор CE використовується для усунення небажаної зворотного зв'язку по змінному струмі. Схема ефективна як для германієвих, так і для кремнієвих транзисторів. Для визначення величин Rb1. Rb2 і RE повинні бути відомі напруга джерела живлення E0C і струм спокою IС. Орієнтовні значення Rb1. Rb2 і RE можуть бути визначені за допомогою наведених нижче формул.
Вхідні в вищенаведені формули b. c і UBE залежать від типу транзистора та режиму його роботи.
Для германієвих транзисторів вибираються: b ≈ 0,2; с - в межах 3 ... 5; UBE - в межах 0,1 ... 0,2.
Для кремнієвих транзисторів: b ≈ 0,1; с - в межах 10 ... 25; UBE - в межах 0,6 ... 0,7.
При збільшенні c і зменшенні b стабільність схеми знижується. Великі значення UBE вибирають для великих значень IС.
Теорія це добре, але теорія без практики - це просто струс повітря. Перейшовши за посиланням все це можна зробити своїми руками