Site Loader

Содержание

2.03. Эмиттерный повторитель

ГЛАВА 2. ТРАНЗИСТОРЫ

НЕКОТОРЫЕ ОСНОВНЫЕ ТРАНЗИСТОРНЫЕ СХЕМЫ



На рис. 2.6 показан эмиттерный повторитель. Он назван так потому, что выходной сигнал снимается с эмиттера, напряжение на котором равно напряжению на входе (на базе) минус падение напряжения на диоде (на переходе база-эмиттер): Uэ = Uб — 0,6В. Выходной сигнал по форме повторяет входной, но уровень его напряжения на 0,6 — 0,7 В ниже. Для приведенной схемы входное напряжение Uвх должно составлять по крайней мере 0,6 В, иначе выходное напряжение будет равно потенциалу земли. Если к эмиттерному резистору подключить источник отрицательного напряжения, то входной сигнал может быть отрицательным. Обратите внимание, что в эмиттерном повторителе отсутствует резистор в коллекторной цепи.

Рис. 2.6. Эмиттерный повторитель.

На первый взгляд эта схема может показаться бесполезной, но дело в том, что ее входной импеданс значительно больше, чем выходной. Из этого следует, что источник входного сигнала будет отдавать меньшую мощность, если нагрузку подключить к нему не непосредственно, а через эмиттерный повторитель. Поэтому обладающий внутренним импедансом источник (имеется в виду его эквивалентная схема) может через повторитель работать на нагрузку, которая обладает сравнимым или даже более низким импедансом, без потери амплитуды сигнала (эта потеря неизбежна при прямом включении из-за эффекта делителя напряжения). Иными словами, эмиттерный повторитель обеспечивает усиление по току, хотя и не дает усиления по напряжению. Он также обеспечивает усиление по мощности. Как видите, усиление по напряжению — это еще не все!

Импеданс источника и нагрузки. Последнее замечание очень важно, поэтому задержим на нем свое внимание, прежде чем приступить к вычислениям, связанным со свойствами эмиттерных повторителей. При анализе электронных схем всегда стремятся связать выходную величину с какой — либо входной, как например на рис. 2.7. В качестве источника сигнала может выступать выход усилительного каскада (с эквивалентным последовательным импедансом Z

вых), к которому подключен еще один каскад или нагрузка (обладающая входным импедансом Zвх). Вообще говоря, нагрузочный эффект следующего каскада проявляется в ослаблении сигнала, о чем шла речь ранее в разд. 1.05. В связи с этим обычно стремятся к тому, чтобы выполнялось условие Zвых « Z
вх
(практическое правило рекомендует использовать коэффициент 10, что на самом деле весьма добно).

Рис. 2.7. Представим «нагрузку» схемы как делитель напряжения.

В некоторых случаях вполне можно пренебречь этим общим требованием для обеспечения стабильности источника по отношению к нагрузке. В частности, если нагрузка подключена всегда (например, входит в состав схемы) и если она представляет собой известную и постоянную величину Zвх, то нет ничего опасного в том, что она «нагружает» источник. Тем не менее, хуже не будет, если уровень сигнала не изменяется при подключении нагрузки. Кроме того, если Zвх изменяется при изменении уровня сигнала, то стабильный источник (Z

вых « Zвх) обеспечивает линейность, а делитель напряжения дает искажение линейной зависимости.

Наконец, в двух случаях условие Zвых « Zвх соблюдать просто нельзя: в радиочастотных схемах импедансы обычно выравнивают (Zвых = Zвх). Второе исключение относится к случаю, когда передаваемым сигналом является не напряжение, а ток. В этом случае ситуация меняется на противоположную, и нужно стремиться к выполнению условия Zвх « Zвых (для источника тока Zвых = ∞).

Входной импеданс и импеданс эмиттерного повторителя. Итак, эмиттерный повторитель обладает способностью согласовывать импедансы источников сигналов и нагрузок. В этом и состоит его назначение.

Давайте подсчитаем входной и выходной импеданс эмиттерного повторителя. Предположим, что в приведенной схеме в качестве нагрузки выступает резистор R (на практике иногда так и бывает, в других случаях нагрузку подключают параллельно резистору R, но при параллельном соединении преобладает сопротивление R). Пусть напряжение на базе изменилось на величину ΔUб; соответствующее напряжение на эмиттере составит ΔUэ = ΔUб. Определим изменение тока эмиттера: ΔUэ = ΔUб/R. равное ΔIб = [1/(h21э + 1)]Iэ = ΔUб/R(h21э + 1) (с учетом того, что I

э = Iк + Iб). Входное сопротивление схемы равно ΔUб/ΔIб, следовательно,

rвх = (h21э + 1)R.

Коэффициент β (h21э) обычно имеет значение около 100, поэтому подключение нагрузки с небольшим импедансом приводит к тому, что импеданс со стороны базы становится очень большим; с такой нагрузкой схеме легко работать.

В выполненном только что преобразовании, как и в гл. 1, мы использовали для обозначения некоторых величин строчные буквы, например h21э, тем самым мы указали, что имеем дело с приращениями (малыми сигналами). Чаще всего нас интересует изменение напряжения (или тока) в схеме, а не постоянные значения (или значения по постоянному току) этих величин. Очень часто эти изменения малых сигналов и представляют собой реальный сигнал, например в усилителе звуковых частот, который имеет устойчивое «смещение» по постоянному току (см. разд. 2.05). Различие между коэффициентом усиления по постоянному току (h

21э) и коэффициентом усиления по току для малого сигнала h21э не всегда очевидно, и для того, и для другого случая используют понятие коэффициента усиления β. Если учесть, что h21э ≈ h21э (за исключением очень высоких частот) и в большинстве случаев интерес представляет не точное, а приблизительное значение этого коэффициента, то использование коэффициента β вполне допустимо.

В полученном соотношении фигурируют активные сопротивления, однако его можно обобщить и распространить на комплексные импедансы, если переменные ΔUб, ΔIб и др. заменить их комплексными представлениями. В результате получим правило преобразования импедансов для эмиттерного повторителя:

Zвх = (h21э + 1)Zнагр.

Проделав аналогичные преобразования, найдем выходной импеданс эмиттерного повторителя Zвых (импеданс со стороны эмиттера) при использовании источника сигнала с внутренним импедансом Zист:

Zвых = Zист/(h21э + 1).

Строго говоря, в выходной импеданс схемы надо включить и сопротивление параллельного резистора R, но Z

вых (импеданс со стороны эмиттера) играет основную роль.

Упражнение 2.1. Покажите, что приведенное выше соотношение справедливо. Подсказка: найдите изменение выходного тока при фиксированном напряжении источника и заданном изменении выходного напряжения. Учтите, что напряжение источника подается на базу через его последовательно включенное внутреннее сопротивление.

Благодаря таким полезным свойствам эмиттерные повторители находят широкое практическое применение, например при создании внутри схем (или на их выходе) источников сигналов с низким импедансом, при получении стабильных эталонных напряжений на основе эталонных источников с высоким импедансом (сформированных, скажем, с помощью делителей напряжения) и для изоляции источников сигналов от влияния последующих каскадов.

Упражнение 2.2. На основе эмиттерного повторителя, к базе которого подключен делитель напряжения, создайте схему источника напряжения +5 В при условии, что используется стабилизированный источник напряжения питания +15 В. Ток нагрузки (максимальный) равен 25 мА. Сопротивление резисторов следует выбрать так, чтобы при подключении полной нагрузки напряжение на выходе изменялось не более чем на 5%.

Некоторые замечания по поводу эмиттерных повторителей.

Рис. 2.8. Из эмиттерного повторителя n-p-n — типа, может вытекать большой ток, который будет протекать через транзистор, втекать же может ограниченное количество тока и лишь через эмиттерный резистор.

1. Отметим (разд. 2.01, правило 4), что транзистор n-p-n — типа в эмиттерном повторителе может только отдавать ток. Например, для схемы, показанной на рис. 2.8, выходное напряжение в положительной полуплоскости изменяется в пределах напряжения насыщения транзистора Uкк (что составляет +9,9 В), в отрицательной полуплоскости оно ограничено значением -5 В. Это связано с тем, что при увеличении отрицательного напряжения на входе транзистор в определенный момент просто выключается, напряжение на входе составляет при этом -4,4 В, а не выходе -5 В. Дальнейшее увеличение отрицательного напряжения на входе приводит лишь к обратному смещению перехода база-эмиттер, но на выходе это никак не проявляется. Выходной сигнал для входного синусоидального напряжения с амплитудой 10 В показан на рис. 2.9.

Рис. 2.9. Эмиттерный повторитель n-p-n — типа, как схема формирования асимметричного токового сигнала.

Можно также рассматривать поведение эмиттерного повторителя, исходя из того, что он обладает небольшим выходным импедансом для малого сигнала (динамический импеданс). Его выходной импеданс для большого сигнала может быть значительно больше (равен Rэ). Изменение импеданса от первого значения ко второму происходит в тот момент, когда транзистор выходит из активного режима (в нашем примере при напряжении на выходе -5 В). Иначе говоря, небольшой выходной импеданс для малого сигнала не означает еще. что схема может создавать большой сигнал на низкоомной нагрузке. Если схема имеет небольшой выходной импеданс для малого сигнала, то из этого не следует, что она обладает способностью передавать в нагрузку большой ток.

Для того чтобы преодолеть ограничение, присущее схеме эмиттерного повторителя, можно, например, в эмиттерной цепи использовать резистор с меньшим сопротивлением (тогда на резисторе и транзисторе будет рассеиваться большая мощность), или использовать двухтактную схему, в которой два транзистора (n-p-n — типа и p-n-p — типа) взаимно дополняют друг друга (разд. 2.15). Проблемы такого рода возникают также в тех случаях, когда нагрузка эмиттерного повторителя имеет внутри собственный источник напряжения или тока. Примером такой схемы служит стабилизированный источник питания (на выходе которого стоит обычно эмиттерный повторитель), работающий на схему, содержащую собственный источник питания.

2. Не забывайте, что напряжение пробоя перехода база-эмиттер для кремниевых транзисторов невелико и часто составляет всего 6В. Входные сигналы, имеющие достаточно большую амплитуду для того, чтобы вывести транзистор из состояния проводимости, могут вызвать пробой перехода (и последующее уменьшение значения коэффициента h21э). Для предохранения от пробоя можно использовать диод (рис. 2.10).

Рис. 2.10. Диод предохраняет переход база-эмиттер от пробоя.

3. Коэффициент усиления по напряжению для эмиттерного повторителя имеет значение чуть меньше 1,0, так как падение напряжения на переходе база-эмиттер фактически не является постоянным, а немного зависит от коллекторного тока. Далее в этой главе мы вернемся к этому вопросу, когда будем рассматривать уравнение Эберса-Молла.


Модель Эберса-Молла для основных транзисторных схем


Основы электроники. Эмиттерный повторитель и стабилитрон.

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.

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 – R_{вн} << R_{н}. В случае источника тока, картинка прямо противоположная, то есть R_{вн} >> R_{н}.

В электрических схемах в качестве источника сигнала может выступать, например, выход усилительного каскада (его сопротивление R_{вых}), а в качестве нагрузки, например, другой каскад, ну или непосредственно нагрузка (с сопротивлением R_{вх}). Вспоминаем выводы, которые мы получили для примера с источником питания и нагрузкой, и получаем, что R_{вх} должно быть намного больше, чем R_{вых}. А если обобщить, то получаем Z_{вых} << Z_{вх} (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 R_{нагрузки}(R_{вх}) примерно равно выходному сопротивлению источника (R_{вых}), например, то потеря амплитуды сигнала будет довольно-таки велика (из-за делителя напряжения, состоящего из R_{вых} и R_{вх}). А если мы включим в цепь эмиттерный повторитель, то эти потери будут значительно уменьшены!

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 останется 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 предыдущих статьях, 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!

Эмиттерный повторитель. Пример разработки.- Elektrolife

Шаг 1.   Выбор напряжения UЭ. Для получения симметричного сигнала без срезов необходимо, чтобы выполнялось условие UЭ  = 0,5UKK , или +7,5 В.
Шаг 2.   Выбор резистора RЭ. Ток покоя должен составлять 1 мА, поэтому RЭ  = 7,5 кОм.
Шаг 3.   Выбор резисторов R1  и R2 . Напряжение UБ  – это сумма UЭ  + 0,6 В, или 8,1 В. Из этого следует, что сопротивления резисторов R1  и R2  относятся друг к другу как 1:1,17. Учитывая известный уже нам критерий выбора нагрузки, мы должны подобрать резисторы R1  и R2  так, чтобы сопротивление их параллельного соединения составляло приблизительно 75 кОм или меньше (0,1 от произведения 7,5 кОм на h21э )· Выберем следующие стандартные значения сопротивлений: R1  = 130 кОм, R2  = 150 кОм.
Шаг 4  . Выбор конденсатора C1 . Конденсатор C1  и сопротивление нагрузки источника образуют фильтр высоких частот. Сопротивление нагрузки источника есть параллельное соединение входного сопротивления транзистора со стороны базы и сопротивления делителя напряжения базы. Предположим, что нагрузка схемы велика по сравнению с эмиттерным резистором, тогда входное сопротивление транзистора со стороны базы равно h21эRэ , т. е. составляет ~= 750 кОм. Эквивалентное сопротивление делителя равно 70 кОм. Тогда нагрузка для конденсатора составляет 63 кОм и емкость конденсатора должна быть равна по крайней мере 0,15 мкФ. В этом случае точке –3 дБ будет соответствовать частота, меньшая чем 20 Гц.
Шаг 5.   Выбор конденсатора С2 . Конденсатор С2  и неизвестный импеданс нагрузки образуют фильтр высоких частот. Мы не ошибемся, если предположим, что импеданс нагрузки не будет меньше R3 . Тогда для того, чтобы точке – 3 дБ соответствовало значение частоты, меньшее чем 20 Гц, емкость конденсатора С2 должна быть равна по крайней мере 1,0 мкФ. Так как мы получили двухкаскадный фильтр высоких частот, то для предотвращения снижения амплитуды сигнала на самой низкой из интересующих нас частот емкости следует взять немного побольше. Вполне подойдут следующие значения: C1 = 0,5 и С2 = 3,3 мкФ.

13.2. Эмиттерный повторитель

Схема эмиттерного повторителя напряжения (рис. 13.5) отличается от схемы каскада предварительного усиления следующим:

  • отсутствует сопротивление в коллекторной цепи,

  • выходной сигнал снимается с эмиттера транзистора.

Рис.13.5. Принципиальная схема эмиттерного повторителя напряжения

Рис.13.6. Эквивалентная схема эмиттерного повторителя напряжения

Из анализа эквивалентной схемы (рис. 13.6) номинальный коэффициент усиления эмиттерного повторителя будет определяться согласно выражению (13.7).

(13.7)

Из записанного выражения видно, что коэффициент передачи эмиттерного повторителя и превышает коэффициент передачи истокового повторителя напряжения, поскольку крутизна S биполярных транзисторов как минимум на порядок превышает крутизну полевых транзисторов.

Поведение эмиттерного повторителя в различных областях частот аналогично работе истокового повторителя напряжения.

Особенности работы эмиттерного повторителя напряжения на емкостную нагрузку

Крутизна S биполярного транзистора при работе в области высоких частот является частотно-зависимой (13.8).

(13.8)

Если представить крутизну S в виде последовательно соединенных сопротивления и индуктивности эквивалентная схема эмиттерного повторителя напряжения в области ВЧ примет вид (рис.13.7):

Рис.13.7. Эквивалентная схема эмиттерного повторителя напряжения в области ВЧ

В силу малости значений ( ) и упрощается (рис.13.8).

Рис.13.8. Эквивалентная схема эмиттерного повторителя напряжения в области ВЧ

Из эквивалентной схемы видно, что индуктивность и емкость образуют параллельный колебательный контур. Если колебательный контур будет недостаточно зашунтирован, то при подаче на вход повторителя импульсных сигналов на выходе появятся искажения фронтов аналогичные тем, которые возникают при перекоррекции при индуктивной ВЧ коррекции. Для устранения этого явления необходимо уменьшать сопротивление цепи эмиттера , чтобы зашунтировать контур.

Схема эмиттерного повторителя с повышенным входным сопротивлением

По сравнению с истоковым повторителем входное сопротивление эмиттерного повторителя меньше и определяется сопротивлениями делителя и (как и в каскаде предварительного усиления). Для увеличения входного сопротивления эмиттерного повторителя используют схему с увеличенным входным сопротивлением (рис.13.9).

Рис.13.9. Принципиальная схема эмиттерного повторителя напряжения с увеличенным входным сопротивлением

Делитель , подающий смещение во входную цепь транзистора эмиттерного повторителя, снижает входное сопротивление каскада, не позволяя получить его выше нескольких десятков кОм.

При использовании эмиттерного повторителя в качестве входного каскада и необходимости получить входное сопротивление усилителя порядка ста и более кОм можно подать смещение на базу транзистора от делителя через дополнительное сопротивление . При этом входная цепь транзистора шунтируется не сопротивлением , как у обычного повторителя, а сопротивлением .

При выполнении условия такая схема обычно позволяет сильно повысить входное сопротивление схемы, существенно не ухудшая стабильности положения рабочей точки покоя. В данном случае входное сопротивление эмиттерного повторителя определяется выражением (13.9).

(13.9)

где – коэффициент усиления по току в схеме с общим эмиттером.

Увеличение сопротивления разделительного конденсатора при понижении частоты сигнала снижает входное сопротивление схемы на низких частотах. Для предотвращения значительного снижения входного сопротивления на нижней граничной частоте емкость конденсатора должна быть достаточно большой. Приближенно необходимую величину емкости можно определить по выражению (13.10).

(13.10)

Эмиттерный повторитель — Студопедия

Эмиттерный повторитель частный случай повторителей напряжения на основе биполярного транзистора. Характеризуется высоким усилением по току и коэффициентом передачи по напряжению, близким к единице. При этом входное сопротивление относительно велико (однако оно меньше, чем входное сопротивление истокового повторителя), а выходное — мало.

В эмиттерном повторителе используется схема включения транзистора с общим коллектором (ОК). То есть напряжение питания подаётся на коллектор, а выходной сигнал снимается с эмиттера. В результате чего образуется 100 % отрицательная обратная связь по напряжению, что позволяет значительно уменьшить нелинейные искажения, возникающие при работе. Следует также отметить, что фазы входного и выходного сигнала совпадают. Такая схема включения используется для построения входных усилителей, в случае если выходное сопротивление источника велико, и как буферный усилитель, а также в качестве выходных каскадов усилителей мощности.

Iвых = Iэ

Iвх = Iб

Uвх = Uбк

Uвых = Uкэ

  • Коэффициент усиления по току: Iвых/Iвх=Iэ/Iб=Iэ/(Iэ-Iк) = 1/(1-α) = β [β>>1]
  • Входное сопротивление: Rвх=Uвх/Iвх=(Uбэ+Uкэ)/Iб

Достоинства:


  • Большое входное сопротивление
  • Малое выходное сопротивление

Недостатки:

  • Коэффициент усиления по напряжению меньше 1.

30. Параметрический стабилизатор повышенной мощности с эмиттерным повторителем (сравнительный анализ).

Стабилизаторы бывают параметрические (ПСН) и компенсационные (КСН). Параметрический стабилизатор наиболее простой. Его работа основана на свойствах полупроводникового диода, а точнее на одной из его разновидностей — стабилитрона. Типичная наипростейшая схема параметрического стабилизатора приведена на рисунке 1.

Рис. 1 — Параметрический стабилизатор напряжения

Помимо рассмотренной схемы применяют каскадное включение стабилитронов. Говоря проще, берут несколько вышерассмотренных схем и включают одну за другой. При этом напряжение стабилизации предыдущего стабилитрона должно быть больше, чем следующего. Такие схемы применяют для увеличения коэффициента стабилизации. Бывает еще и мостовая схема, называемая мостовой параметрический стабилизатор. Теоретически у такой схемы коэффициент стабилизации стремится к бесконечности (хотя в это верится с трудом).

К сожалению большой мощи с вышерассмотренной схемы не снять. Поэтому придумали ниже приведенную схемку, которая проста до безобразия.

Рис. 2 — Параметрический стабилизатор напряжения с усилителем мощности

Как видим, ничего сложного. Просто нагрузку воткнули через транзистор, включенный по схеме ОК, выполняющего роль усилителя мощности.

Типовые схемы параметрических стабилизаторов обеспечивают приемлемые параметры только при достаточно малых тока нагрузки (не более 0,5…1⋅Iст max). Для питания более мощных цепей требуются дополнительные меры.


Может показаться, что проблема разрешима при параллельном включении нескольких однотипных стабилитронов на выходе стабилизатора. Однако делать это недопустимо, поскольку из-за разброса параметров стабилитроны будут работать в существенно различающихся режимах. В крайнем случае можно применить стабилитрон с большей мощностью. Если же таким образом повысить ток нагрузки до требуемого уровня не удается, то можно применить дополнительный транзистор, включенный по схеме эмиттерного повторителя (рис. 3.5-6).

Рис. 3.5-6. Параметрический стабилизатор с эмиттерным повторителем

В такой схеме максимально допустимый ток нагрузки повышается в h31э раз (h31э — статический коэффициент усиления тока базы транзистора). Значение резистора R1 (балластный резистор) должно подбираться в зависимости от конкретного тока нагрузки (Iн max=IVT1⋅h31э–Iст min⋅h31э). Резистор R2 обеспечивает нормальный режим работы транзистора при малых токах. Выходное напряжение стабилизатора равно: Uвых=Uст–Uб−э,где\(Uст — напряжение стабилизации применяемого стабилитрона, Uб−э — напряжение на эмиттерном переходе транзистора. Коэффициент стабилизации параметрического стабилизатора при включении эмиттерного повторителя не увеличивается.

Чтобы увеличить коэффициент стабилизации (в 5…10 раз) необходимо обеспечить постоянство тока стабилитрона при изменениях входного напряжения стабилизатора. Для этого балластный резистор заменяют источником тока. На рис. 3.5-7 приведена схема стабилизатора с источником тока на биполярном транзисторе, а на рис. 3.5-8 схемы стабилизаторов с эмиттерным повторителем и источником тока на полевом транзисторе.


Рис. 3.5-7. Параметрический стабилизатор с источником тока (Внимание! на картинке замечена ошибка: по питанию не минус, а плюс. И первый стабилитрон наоборот должен стоять)

Рис. 3.5-8. Параметрические стабилизаторы с эмиттерным повторителем и источником тока

Если в стабилизаторе, схема которого приведена на рис. 3.5-8а выбрать R1=0, то допустимый ток нагрузки достигнет максимального значения. Однако при этом несколько снижается коэффициент стабилизации. Его можно улучшить, если включить цепь обратной связи, обозначенную пунктиром. Эта цепь вместе с резистором R1 образует для переменной составляющей напряжения на транзисторе VT2 делитель, с выхода которого напряжение поступает в цепь управления этим транзистором таким образом, что ток базы транзистора изменяется в противофазе с напряжением пульсаций.

Применение источника тока для питания стабилитрона позволяет ограничить ток базы транзистора эмиттерного повторителя и, следовательно, ток коллектора этого транзистора при коротком замыкании в цепи нагрузки. Однако в стабилизаторах с большим значением выходного напряжения (особенно при применении германиевых транзисторов) возможен перегрев транзистора вследствие повышения рассеиваемой мощности и эффекта саморазогрева. В стабилизаторе по схеме рис. 3.5-8б действует ООС по току, поскольку ток нагрузки протекает через резистор R1. Поэтому ток короткого замыкания очень слабо зависит от температуры корпуса транзистора VT2 и лавинный саморазогрев не проявляется до температур порядка 50…60 °C. Ток короткого замыкания устанавливается подбором резистора R1.

Презентация «Эмиттерный повторитель.Истоковый повторитель» — прочее, презентации

библиотека
материалов

Содержание слайдов

Номер слайда 1

Тема: Эмиттерный повторитель, истоковый повторитель

Номер слайда 2

План1 Эмиттерный повторитель2 Истоковый повторитель

Номер слайда 3

Эммитерным и истоковым повторителем называются каскады, охваченные 100% отрицательной ОС. 

Номер слайда 4

1 Эмиттерный повторитель

Номер слайда 5

Номер слайда 6

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

Номер слайда 7

Схема однотактного эмиттерного повторителя

Номер слайда 8

Принцип действия. Нагрузкой каскадной схемы повторителя является резистор на эмиттере Rе. 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 n-р-n 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). —

Номер слайда 9

Двухтактная схема эмиттерногоповторителя

Номер слайда 10

Принцип действия. 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 n-р-n и р-n-р – переходами). —

Номер слайда 11

Принцип действия. Когда входное питание отсутствует, оба транзистора выключены, в связи с отсутствием напряжения на эмиттерных переходах. При прохождении полуволны положительной полярности, происходит открытие n-р-n – 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). —

Номер слайда 12

Выводы Входное сопротивление – Rвх = h31 Rэ, т.е. эммитерный повторитель обладает большим входным сопротивлением. Rвых ≈ rэ (сопротивление эмиттера)– невелико. Эмиттерный повторитель обладает большим коэффициентом усиления по току: к. I = h31 + 1 и, следовательно, большим кp. Он наиболее удобен для согласования высокоомных источников сигнала с низкой нагрузкой.

Номер слайда 13

2 Истоковый повторитель

Номер слайда 14

Номер слайда 15

Особенности Повторители на ПТ имеют высокое входное сопротивление (>100 МОм) и выходное сопротивление равное сопротивлению канала в рабочей точке. Сопротивление канала обратно пропорционально значению крутизны при рабочем токе стока.

Номер слайда 16

Схемы истоковых повторителей

Номер слайда 17

Особенности схем. Наиболее распространен истоковый повторитель по схеме рис. А. Т.к. ПТ нагружен на сопротивление R1, то его сопротивление вместе с сопротивлением канала транзистора образуют делитель напряжения, уменьшающий Ku до значения 0,8-0,9 (типичные значения для подобных схем). Коэффициент усиления по напряжению несложно приблизить к 1, заменив резистор в цепи истока источником тока (рис. В). Кроме того, использование источника тока в цепи истока значительно снижает нелинейные искажения, вызываемые изменением сопротивления канала при работе с сигналами большого уровня. Такой каскад можно рекомендовать как преобразователь импеданса для организации «байпаса» или при использовании в последующих каскадах малошумящих ОУ на биполярных транзисторах и т.д. Схема (рис. С) построена на ПТ с каналами разного типа. Среди отечественных ПТ такие пары образуют КП303 Ж-КП103 Ж; КП303 А-КП103 И; КП303 В-КП103 К. При использовании транзисторов с отсечкой менее 1 V (КП303 Ж-КП103 Ж) и отличающихся друг от друга начальным током стока не более чем на 20%, резисторы R2 и R3 можно исключить совсем. Емкость затвор-исток ПТ с каналом р-типа в несколько раз выше входной емкости n-канальных ПТ, поэтому единственный недостаток такого повторителя – примерно в пять раз большая входная емкость. Выходное же сопротивление такого повторителя приблизительно в два раза ниже, чем на схемах А или В.

Номер слайда 18

Практические схемы

Номер слайда 19

Схема с общим истоком

Номер слайда 20

Литература1 https://www.syl.ru/article/312483/povtoritel-emitternyiy-na-tranzistore-printsip-rabotyi

РадиоКот :: О линейности и повторителях (а в конце

РадиоКот >Статьи >

О линейности и повторителях (а в конце — сюрприз)

В этой статье я постараюсь проанализировать проблему линейности каскада, построенном на транзисторе, включенном по схеме с общим коллектором:

..и придумать что с ней можно поделать. Такой каскад так же известен под названием “эмиттерный повторитель” и обычно используется как буфер между высокоомным источником сигнала и низкоомной нагрузкой. Он не изменяет амплитуду сигнала, но возможность подключения более низкоомной нагрузки при той же амплитуде означает усиление мощности, так что этот каскад, как и другие типы транзисторных каскадов, является усилительным. Его часто можно встретить в схемах УНЧ, стоящим в качестве входного буфера. Так же существует множество любительских и не очень конструкций усилителей для головных телефонов, “сердцем” (точнее – выхлопом J), а то и единственным органом которых и является эмиттерный повторитель, построенный на одиночном или составном транзисторе.

Начнем с определения линейности усилительной цепи. Надо признаться, я сейчас загуглил этот термин в поисках откуда бы стырить красивое объяснение этого простого вроде бы по своей сути понятия – и с ходу не нашел такого. Так что придется писать самому.

Задача усилителя (если он усилитель, а не “улучшайзер”) заключается не только в том, чтобы повысить мощность сигнала, но и одновременно максимально сохранить его “форму”. Это значит к примеру, если у нас есть усилитель напряжения, усиливающий напряжение в 2 раза, то в штатных условиях он должен его усиливать именно в 2 раза, независимо от того какой именно величины в него пришел сигнал и какое сопротивление (из допустимого диапазона) имеет нагрузка, подключенная к его выходу. К примеру, рассмотрим гипотетический не идеальный усилитель, выполненный по идеологии УПТ (это значит что он может усиливать не только переменный, но и постоянный сигнал. Так проще.. объяснятьJ), и мысленно подадим ему на вход 0.1В – померяем мысленным вольтметром что на выходе – мысленно допустим, что вольтметр показал 0.1995В. Затем подадим на вход уже 1В, а на выходе при помощи того же вольтметра обнаружим 1.92В. Это значит что наш гипотетический усилитель не смог идеально выполнить свою задачу. Сигнал 0.1В он усилил в 1.995 раз, а сигнал в 1В – он усилил в 1.92 раза. Нелинейность таким образом составила примерно 1 — (1.995/1.92) = 0.039, или 3.9%. По меркам УНЧ – это просто ужасно много. Такое не прощается никаким УНЧ, кроме ламповых J. Потому этот воображаемый девайс, который выполнил свою задачу в качестве виртуального подопытного — мы так же мысленно отправим в топку.

Вернемся к эмиттерному повторителю. Казалось бы, раз он повторитель, то напряжение на его выходе просто повторяет напряжение на входе, а значит такие проблемы его не должны касаться. Возьмем супер-хороший вольтметр, соберем схемку, проверим — упс… Как же так? Чтобы разобраться — откроем даташит на какой-нибудь транзистор. Например, “народный” BD139. Мне первым нагуглился даташит производителя “Fairchild”. Пролистаем страничку с автопортретом транзистора, ненадолго остановимся на табличке “ Electrical Characteristics”:

Первое что бросается в глаза — всякие цифры, например: напряжение насыщения коллектор-эмиттер, прямое напряжение на переходе база-эмиттер и коэффициент передачи по постоянному току и некоторые другие, совершенно не касающиеся обычного эмиттерного повторителя.  А вторая важная деталь состоит в том, что эти цифры указаны не конкретно, а примерно, причем указано целых три разных коэффициента передачи — для разных условий, а потом еще одна табличка – которую кажется производитель добавил чтобы сбить нас с толку. На самом деле со второй табличкой все просто – у этого производителя существуют 3 модификации этого транзистора, обозначаемые как BD139-6, BD139-10 и BD139-16. Они различаются коэффициентом передачи. Скорее всего все они штампуются на одних и тех же линиях, затем замеряются и маркируются согласно тому что получилось в итоге из-за технологических разбросов. Цифры в первой табличке соответствуют всей линейке BD139, а вторая конкретизирует hfe3, и на основе этой конкретики можно прикинуть каков будет hfe2 и hfe1. На самом деле это еще хороший производитель, многие другие штампуют те же BD139 с максимально широким допуском, но совершенно не озабочиваются сортировкой котлет по размеру.  А у этого можно хоть прикидочно узнать этот немаловажный параметр перед покупкой. А вот с первой табличкой все намного интереснее и имеет самое прямое отношение к теме статьи. Дело в том что параметры транзистора имеют не только технологический разброс, но так же могут изменяться в зависимости от режима его работы, и судя по цифрам в табличке – могут изменяться значительно. Чтобы понять как именно и от чего они зависят – пролистаем даташит дальше, до прикольных картинок в разделе “Typical Performance Characteristics”. Вот две самые важные для нас картинки оттуда:

Разберемся, что они значат. Оба эти графика отображают зависимость характеристик транзистора от режима его работы, а точнее – от силы тока, проходящего через переход коллектор-база. Первая картинка – показывает зависимость коэффициента передачи от тока коллектора, а вторая – зависимость падения напряжения на переходе база-эмиттер от тока коллектора. На самом деле эти графики не показывают абсолютно всего, что влияет на эти два параметра, но в нормальном режиме работы каскада они таки характеризуют самый главный фактор влияния. Снова вернемся к эмиттерному повторителю. Рассмотрим, что же такого ужасного с ним будет происходить, описанного в этих двух графиках, что вместо повторителя сигнала он окажется немного “искажателем”. Если мы на вход нашего повторителя, сделанного по обычной классической схеме как в картинке из Википедии будем подавать различный сигнал, к примеру напряжением 3 и 5V, то произойдут следующие Очень Важные Вещи:

1)      Напряжение на выходе высокоомного источника сигнала будет немного зависеть от силы тока, которую с него будет тянуть повторитель.

2)      Напряжение на выходе повторителя (то есть на эмиттере транзистора) будет равняться напряжению приложенному к его входу (то есть на базе транзистора) минус падение напряжение на переходе база-эмиттер

3)      Сила тока через переход эмиттер-база будет равна напряжению на выходе повторителя, поделенному на всю ту нагрузку, которая на нем бедном висит. Закон Ома, однако: 

4)      Сила тока через коллектор будет равна силе тока, которую транзистор сосет из источника сигнала помножить на его коэффициент передачи в этот самый момент

5)      А еще сила тока через эмиттер будет  равна силе тока через коллектор + сила тока через базу. Правило Кирхгофа работает и для транзисторов тоже. Жаль только что в этих ваших интернетах не нашлось прикольной картинки для него.

Итак, режим работы транзистора определяется вышеописанными факторами. Внимательно посмотрим на первый график, для определенности уточню– на левый график. Из него получается, что коэффициент передачи тока зависит от… тока через коллектор. А ток через коллектор – определяется током через базу помножить на коэффициент передачи, который от него же зависит.. Мозг еще не сломался? Тогда продолжаем. На самом деле самое важное тут то, что с изменением напряжения на выходе транзистору будет сосать из источника ток не пропорционально ЭДС которую тот создает, а с учетом того, что его коэффициент передачи при этом так же изменяется. Источник сигнала на выходе, как помним, довольно высокоомный (по сравнению с нагрузкой). Иначе зачем мы бы вешали после него повторитель? А значит при изменении напряжения источника в N раз, напряжение на входе транзистора упадет на сопротивлении источника в не равное N раз число, ну и напряжение на выходе от этого так же пострадает. Вот она – причина нелинейность. Говоря умным языком – нелинейность коэффициента передачи транзистора в такой схеме ведет к нелинейности ее входного сопротивления, а она в свою очередь ведет к нелинейности функции Выход(вход). Но на самом деле – это не самая страшная причина. Дело в том, что нынче научились делать транзисторы с достаточно линейным коэффициентом передачи, который практически не зависит от тока коллектора. Для примера, график hfe транзистора 2sc4883:

Как видно, сумасшедшие ученые в тайных лабораториях производителей транзисторов свой кофе употребляют совершенно не напрасно и hfe от тока в адекватных пределах оного — практически не зависит. Гораздо больше кстати он зависит только от температуры, что, говорят, может являться причиной искажений термодинамической природы, но рассмотрение и практический анализ этого момента сделало бы написание статьи и ее саму капец каким долгим делом.

Теперь самое время отмотать статью назад и еще раз внимательно посмотреть на оставшийся график, отражающий зависимость падения напряжения на переходе база-эмиттер от того самого тока коллектора. Вспомним опять же, что напряжение на нагрузке зависит от этого падения и что ток коллектора зависит от нагрузки. Сложим эти два печальных факта и поймем что вот она — еще одна причина нелинейности эмиттерного повторителя. Причем, если с предыдущей можно бороться, выбирая транзисторы подороже, то с этой как следует справиться сумасшедшим ученым еще не удалось. Слишком мало кофе они еще выкурили. Но все же у разных транзисторов и в различных диапазонов тока коллектора эта зависимость имеет различный характер, потому выбирая транзистор для УНЧика стоит изучить этот график у кандидатов. К слову в связи с тем что график рисуют в самых различных масштабах — изучать его нужно только с помощью калькулятора, — поделив Vbe при крайних значениях рабочего диапазона тока.  А “на глазок” это сделать сложно.

А теперь — слайды.. То есть, практические выводы и эксперименты. Я не первый, кто заметил эту неприятность — люди борются с нею по мере возможности. Самый распространенный метод борьбы – использовать в качестве рабочей (не путать с полезной) нагрузки эмиттерного повторителя источник тока:

Чего только не используют в качестве источника тока – и токовые зеркала, и одиночные биполярные транзисторы с фиксированным смещением базы и фиксированной нагрузкой в эмиттере, и на полевых транзисторах чета мутят.. Но суть одна — стабилизация тока через эмиттер ведет к стабилизации тока через коллектор, ибо как мы помним – ток через эмиттер равен сумме токов через коллектор и базу, причем ток через базу очень мал (в hfe раз меньше тока через коллектор), а значит стабилизация тока эмиттера — неплохо стабилизирует и ток коллектора, а значит – и все характеристики транзистора, которые очень подвержены его влиянию. Беда лишь в том, что помимо рабочей нагрузки к эмиттеру обычно еще подключают и полезную нагрузку, а иначе кому такой повторитель-в-себе был бы нужен. И ток через эту нагрузку стабилизировать никак нельзя, по очевидным причинам. А значит, ток через эмиттер транзистора будет не таким уж стабильным, а сам повторитель – просто более линейным чем в случае применения резистивной нагрузки, но не настолько линейным как хотелось бы например мне. И чем больший ток через нагрузку будет отдавать повторитель по сравнению с током через ИТ — тем все печальнее с линейностью всего повторителя.
Чтобы выжать из повторителя максимальную линейность нужно как-то застабилизировать ток коллектора. Но тут возникает неприятный момент – если мы стабилизируем ток коллектора в типовой схеме повторителя, то оный перестанет выполнять свои прямые функции, так как ток через эмиттерный переход будет почти константным, а значит – будет почти константным и напряжение на нагрузке… Казалось бы — печаль-беда, самое время бахнуть пивка и забить на эти транзисторы, поставив на вход повторителя ОУ и связав их обоих воедино леденящими объятиями ООС… Но настоящий джедай — всегда сражается световым мечом. Даже если в него стреляют из светового калаша. И вот извращение, применить которое можно, если очень получить хочется повторитель линейный:

“Хм, что-то это напоминает”, правда? На самом деле напоминать это должно две вещи. Во-первых то, что эта картинка скопирована из симулятора Multisim, и далее я с помощью него кое что продемонстрирую. Во-вторых – эта схема – возникла из одной из широко применяемых простейших схем источника тока:

… в которую несколько противоестественным путем был внедрен эмиттерный повторитель. В результате чего организм носителя по мере возможности стал стабилизировать ток через коллектор организма-паразита. Строго говоря это уже не каскад с общим коллектором но… Но воспользуемся мультисимом чтобы посмотреть что это нам дало, и вообще дало ли это нам хоть чтото. Итак, как пример для старта — базовый вариант эмиттерного повторителя, работающего на резистивную нагрузку:

Видим, что при потребляемом токе в 10мА повторитель повторяет сигнал в 500 Омную нагрузку, внося в него 0.087% искажений, имеющих характерный для однотактовых схем красиво спадающий спектр. Хорошо это или плохо? Все познается в сравнении. Сравним это, поставив вместо R1 источник тока (идеальный!) «размером» в те же 10мА:

 

Хм, искажений осталось только 0.024%, неплохо. А теперь этот Франкенштейн — “один-из-трех“:

Ух ты – всего 0.001%! Неплохо. Осталось проверить на практике… Но чтобы проверять на практике было интересно, я решил сделать что-нить более практичное, чем слабенький повторитель. К примеру – повторитель, способный работать в качестве того же буфер-усилителя для низкоомных наушников. Напрямую данную схему нельзя переделать для этого просто подправив номиналы резисторов. Не хватит коэффициента передачи использованных транзисторов, но — можно попробовать использовать составные. В результате в мультисиме родилась следующая схема:

(На самом деле получилось еще несколько вариантов, некоторые из которых включали полевой транзисторв вместо Q1/Q2 и были способны отдавать 3В в нагрузку 8Ом при потребляемом токе 280мА. Но я решил выбрать этот, как вроде самый лучший для данной задачи.) 

Помимо использования составных транзисторов, я тут добавил еще вспомогательный ИТ, который еще немного повысил линейность всей схемы. Так же появилась антивозбудная цепочка R3C2, но о ней позже. А вот для сравнения искажения, которые выдает повторитель с нагрузкой-ИТ с аналогичным потребляемым током в аналогичном сигнальном режиме (2Vpk on 32 Ohm load):

Но симулянтор – это конечно показательно и практично, но гораздо показательнее и практичнее – реальная практика. Потому в этот выходной я на скорую руку собрал на макетке девайс:

Первое что я обнаружил при включении – возбуд на мегагерцовых частотах. Но с высокочастотными Дарлингтонами я это уже проходил, и в схеме появились R3/C2. Фактические условия возникновения такого возбуждения зависят от применяемых элементов и разводки, так что указанные номиналы – полезны лишь как ориентир. Более того R3 поставил от балды, возможно схема будет стабильно и при меньшем его значении.  Далее я обнаружил, что рабочий ток заметно выше чем расчетный, потому сопротивление R2 на физическом макете составляло 8.2 Ома, а не 6.8 как в модели. По-видимому это объясняется или не точностью данных модели или особенностями конкретно этих транзисторов. После устранения этих мелких неприятностей схема заработала как полагается, нарисовав мне красивейший меандр от генератора осциллографа. Потом я подключил схему к EMU0404 USB и сделал несколько тестов в RMAA под нагрузкой 34 Ома (2 резистора по 68Ом спаянных).  Тест показал совпадение с точностью до погрешности предсказанного уровня THD на амплитудах 1В и 3В. После чего я сложил все в тумбочку и сел писать эту статьюJ

Файлы:
модельки для 13го Мультисима

Все вопросы в Форум.


Как вам эта статья?

Заработало ли это устройство у вас?

Эмиттер-повторитель

— обзор | Темы ScienceDirect

Высокочастотный выходной и входной импеданс буферов эмиттерного повторителя

Идеальный буфер имеет очень высокий входной импеданс и очень низкий выходной импеданс. Выходной и входной импеданс эмиттерного повторителя зависит от частоты из-за эффектов C π и C μ . Используя схемы, показанные на рис. 7.11, мы дополнительно исследуем высокочастотный выходной импеданс эмиттерного повторителя.Смоделируем случай, когда последовательно с базой есть сопротивление ( R s ). В главе 5 мы обнаружили, что, используя схему на рис. 7.11 (b), низкочастотное выходное сопротивление эмиттерного повторителя составляет:

РИСУНОК 7.11. Анализ высокочастотного выходного сопротивления эмиттерного повторителя. (а) Инкрементальная схема. (б) Низкочастотная модель. (c) Высокочастотная модель. (d) График выходного сопротивления, показывающий, что выходное сопротивление увеличивается в конечном диапазоне частот от ω 1 до ω 2 .В этой области выходной импеданс эмиттерного повторителя является индуктивным.

(7.19) Zoutw → 0 = (Rs + rx + rπ1 + hfe) ≈ (Rs + rxhfe) + 1gm

Ранее мы видели, что коэффициент усиления по току малого сигнала транзистора уменьшается на очень высоких частотах. На очень высоких частотах C π закорачивает r π и генератор g m v π также отключается, что приводит к инкрементной модели, показанной на рисунке 7.11 (c ).Игнорируя влияние C μ , выходной импеданс на очень высоких частотах равен:

(7.20) Zoutω → ∞ = Rs + rx

Если бы мы хотели, мы могли бы найти выходной импеданс в замкнутой форме, используя по следующей методологии. Мы можем повторно использовать предыдущий результат для низкочастотного выходного сопротивления эмиттерного повторителя. Однако, если мы заменим r π в исходном уравнении на импеданс, представляющий r π параллельно с C π , мы можем решить для выходного импеданса как функции частоты:

(7.21) Zout (s) = (Rs + rx + zπ (s) 1 + hfe) zπ (s) = rπCπrπCπs + 1

Однако это становится математически сложным, поэтому давайте прибегнем к приблизительному результату, который мы можем найти осмотром с минимумом расчета.

График величины выходного импеданса эмиттерного повторителя показан на рисунке 7.11 (d) при условии 9 , что ток коллектора достаточно высок, так что 1/ g m < R s + r х . Отметим, что между частотами ω 1 и ω 2 выходной импеданс линейно увеличивается с частотой и, следовательно, является индуктивным в этом диапазоне частот.

Частота ω 1 , когда сопротивление начинает увеличиваться, — это частота, при которой C π начинает закорачивать r π . Эта частота приблизительно равна:

(7,22) ω1≈1rπCπ

Частота ω 2 составляет примерно ч fe в раз больше этой частоты:

(7,23) ω2≈hfeω1≈hferπCπ≈gmCπ

An Эквивалентная схема, имитирующая этот частотно-зависимый импеданс, показана на рисунке 7.12. Мы можем подобрать параметры R 1 и R 2 :

РИСУНОК 7.12. Модель выходного импеданса Z out ( с ) эмиттерного повторителя с параметрами L , R 1 и R 2 . Обратите внимание, что это моделирует случай, когда сопротивление последовательно соединено с проводом базы.

(7.24) R1 = Rs + rxR1‖R2 = Rs + rx + rπ1 + hfe

Чтобы найти значение индуктивности L , отметим, что постоянные времени исходной схемы транзистора и модели индуктивной схемы должны быть таким же.Сопротивление холостого хода на поверхности C π составляет примерно 1/ г м . Сопротивление катушки индуктивности L составляет R 1 + R 2 . Следовательно, мы можем найти L следующим методом приравнивания постоянных времени RC и L / R двух контуров:

(7.25) Cπgm = LR1 + R2⇒L≈ (Cπgm) (R1 + R2)

Пример 7.3: Числовой пример выходного сопротивления эмиттерного повторителя

Давайте рассмотрим числовой пример.Предположим, у нас есть эмиттерный повторитель с R с = 1 кОм, r x = 200 Ом, I C = 2 мА, ч fe = 150, g m = 0,077 / Ом, r π = 1950 Ом, C μ = 2 пФ, f T = 300 МГц и C π = 39 пФ. Инкрементальная модель для этого эмиттерного повторителя показана на рисунке 7.13 (а). Наша индуктивная модель предсказывает:

РИСУНОК 7.13. Анализ высокочастотного выходного сопротивления эмиттерного повторителя с помощью LTSPICE (Пример 7.3). (a) Высокочастотная инкрементная схема, включая r x и C μ . (b) Схема LTSPICE, где источник переменного тока величиной i t = 1 А управляет эмиттером, так что мы можем определить выходное сопротивление инкрементного эмиттера. (c) Моделирование LTSPICE, показывающее область индуктивного выходного импеданса, за которой следует спад импеданса из-за эффектов C μ .(Для цветной версии этого рисунка читателя отсылают к онлайн-версии этой книги.)

(7.26) R1 = Rs + rx = 1200ΩR1‖R2 = Rs + rx + rπ1 + hfe = 20.9Ω⇒R2≈20.9 ΩL≈ (Cπgm) (R1 + R2) = (39pF0,077) (1220Ω) ≈0,61 мкГн

Эта модель предсказывает импеданс, который начинает расти с частотой ∼ R 2 / L или 34,3 Мрад / с (5,5 МГц).

Мы можем смоделировать это с помощью LTSPICE, добавив источник испытательного тока переменного тока i t и измерив результирующее испытательное напряжение v t , как показано на рисунке 7.13 (b), с Z out = v t / i t . Результат моделирования (рисунок 7.13 (c)) показывает, что низкочастотное сопротивление составляет примерно 20 Ом, как и ожидалось, и что полное сопротивление начинает расти примерно на 5 МГц. Однако высокочастотный импеданс (на частотах выше примерно 100 МГц) не достигает нашего ожидаемого высокочастотного предела в 1200 Ом. Это связано с эффектом нагрузки C μ , который наш упрощенный анализ проигнорировал.На очень высоких частотах шунтирующие эффекты C μ приводят к тому, что выходной импеданс становится емкостным и уменьшается. Итак, в этом примере конструкции модели показывают, что диапазон, в котором выходное сопротивление является индуктивным, составляет приблизительно 5–100 МГц.

Одним из ответвлений индуктивного выходного импеданса является то, что вы можете получить пик усиления слабого сигнала, если вы управляете емкостными нагрузками. На рис. 7.14 (а) показан эмиттерный повторитель, управляющий емкостной нагрузкой. 10 Моделирование LTSPICE (рисунок 7.14 (b)) показан пик усиления при умеренной емкостной нагрузке. Обратите внимание, что пиковое значение возникает на частотах в диапазоне 5–100 МГц, где мы ожидаем, что выход эмиттерного повторителя будет иметь индуктивный выходной импеданс. 11

РИСУНОК 7.14. Эмиттерный повторитель управляет емкостной нагрузкой (Пример 7.3). (а) Схема на транзисторе 2N3904. (b) LTSPICE-симуляция усиления этого эмиттерного повторителя с емкостью нагрузочного конденсатора C L = 0, 50, 100, 220 и 330 пФ. В CC = +12 В и В EE = −12 В.(Для цветной версии этого рисунка читателю отсылается ссылка на онлайн-версию этой книги.)

Пример 7.4: Входное сопротивление ненагруженного эмиттерного повторителя

Далее мы исследуем входное сопротивление ненагруженного эмиттерного повторителя с помощью упрощенного инкрементального модель 12 на Рисунке 7.15 (а). В этом первом примере мы предположим, что эмиттерный повторитель разгружен или, в худшем случае, загружен чисто резистивной нагрузкой, которую мы можем объединить в эквивалентный эмиттерный резистор.Используя ту же методологию, что и в главе 5, когда мы нашли низкочастотное входное сопротивление эмиттерного повторителя, мы обнаружили, что входное сопротивление составляет:

РИСУНОК 7.15. Упрощенная модель для определения входного импеданса Z в ( с ) эмиттерного повторителя (Пример 7.4). (a) Исходная схема, предполагающая C μ = 0 и r x = 0. (b) Качественные графики величины входного импеданса. (c) Качественный график угла входного импеданса.

(7,27) Zin (s) = vi (s) it (s) = zπ (s) + (1 + hfe (s)) RE = zπ (s) + (1 + gmzπ (s)) REzπ (s ) = rπrπCπs + 1

Мы находим, что на очень низких частотах входной импеданс равен:

(7,28) Zinω → 0 = rπ + (1 + hfe) RE

На очень высоких частотах C π закорачивает r π и отключает зависимый источник тока, в результате чего:

(7.29) Zinω → ∞ = RE

Графики зависимости величины и фазы входного импеданса эмиттерного повторителя от частоты показано на рисунке 7.15 (б и в). Обратите внимание, что на очень высоких частотах импеданс Z в ( ω ) будет еще больше уменьшаться из-за шунтирующего эффекта C μ , который мы проигнорировали в этом предыдущем анализе.

Пример 7.5: Входное сопротивление емкостного нагруженного эмиттерного повторителя

Используя результаты примера 7.4, давайте посмотрим, что произойдет, когда у нас появится дополнительное усложнение конденсатора, нагружающего эмиттерный повторитель, как показано на рисунке 7.16. Следующим логическим шагом в алгебре является замена R E нагрузкой ( Z E ( с )), которая представляет собой параллельную комбинацию R E и нагрузочного конденсатора . C L :

РИСУНОК 7.16. Инкрементальная модель емкостного эмиттерного повторителя из Примера 7.5 для расчета входного импеданса Z в = В t / i t . Для математической простоты сначала пренебрегаем емкостью коллектор – база транзистора C μ .

(7.30) Zin (s) = zπ (s) + (1 + gmzπ (s)) ZE (s) zπ (s) = rπrπCπs + 1ZE (s) = RERECLs + 1

Следуя алгебре, мы находим беспорядочный результат:

(7.31) zπ (s) = rπrπCπs + 1 + (1 + gm (rπrπCπs + 1)) (RERECLs + 1) = (rπ + (1 + hfe) RE) (rπRE (CL + Cπ) s (rπ + (1 + hfe) RE) +1 (rπCπs + 1) (RECLs + 1))

Обычно R E является резистором большого номинала (или высоким выходным сопротивлением источник тока смещения) и ч fe R E >> r π , поэтому мы можем аппроксимировать это входное сопротивление как:

(7.32) Zin (s) ≈ (rπ + (1 + hfe) RE) ((CL + Cπ) gm + 1 (rπCπs + 1) (RECLs + 1))

Теперь давайте сделаем паузу и посмотрим на этот результат. Во-первых, есть член спереди ( r π + (1 + h fe ) R E ), который, как и ожидалось, представляет собой низкочастотный входной импеданс. Во-вторых, мы обнаруживаем, что есть два полюса и ноль на частотах:

(7.33) ωp1 = −1RECLωp2 = −1rπCπωz = −gmCL + Cπ

Есть два интересных случая: относительно большой C L и относительно малый C L .Построим график «полюс-ноль» и график Боде для двух разных случаев. Во-первых, для относительно небольших C L , с C L < h fe C π (рисунок 7.17 (a)), мы находим, что нулевая частота ω z находится на частоте выше ω p2 . Это означает, что угол входного импеданса опускается ниже -90 ° для некоторого диапазона частот. В диапазоне частот, где угол меньше -90 °, действительная часть входного импеданса отрицательна. 13 Это отрицательное сопротивление. Другими словами, в этом диапазоне частот отрицательный реальный входной импеданс может помочь выдержать колебания.

РИСУНОК 7.17. Входное сопротивление емкостно нагруженного эмиттерного повторителя (Пример 7.5). (a) График нулевого полюса и (b) График Боде для относительно небольших C L , с C L & lt; ч fe C π . (c) Результат для относительно больших C L с C L & gt; h fe C π , график полюс-ноль и (d) график амплитуды и фазы Боде.

Во-вторых, для относительно большого C L (рисунок 7.17b) мы обнаруживаем, что нулевая частота ω z находится на частоте выше, чем ω p2 . Таким образом, действительная часть входного сопротивления никогда не становится отрицательной.

Этот результат показывает, что эмиттерные повторители могут проявлять странное поведение — схемы, содержащие эмиттерные повторители, могут иметь пик усиления, а в некоторых случаях могут даже колебаться. 14 Одна из стратегий проектирования иногда состоит в том, чтобы последовательно соединить резистор или ферритовый шарик с базой транзистора.

Далее мы рассмотрим LTSPICE пример эмиттерного повторителя 2N3904, управляющего емкостной нагрузкой (рисунок 7.18 (a)). У нас есть эмиттерный повторитель, смещенный от источника тока 2 мА и нагруженный конденсаторами различной емкости в диапазоне 0–1000 пФ. Результирующий анализ переменного тока (рисунок 7.18 (b)) отображает входное сопротивление, измеренное в основании. На частотах, когда угол входного импеданса опускается ниже -90 °, на базе имеется отрицательное сопротивление . Это явление происходит в диапазоне частот приблизительно от 1 до 200 МГц, в зависимости от емкости нагрузочного конденсатора и уровня смещения тока коллектора транзистора.Это отрицательное сопротивление означает, что существует возможность создания нежелательных паразитных колебаний в этом диапазоне частот. Далее мы исследуем возможность колебаний.

РИСУНОК 7.18. Эмиттерный повторитель с емкостной нагрузкой (Пример 7.5). (а) Схема для определения входного сопротивления эмиттерного повторителя с нагрузкой на эмиттерный повторитель 0, 50, 100, 220, 330 и 1000 пФ; В CC = 12 В; и В EE = −12 В (b) Величина и фаза входного импеданса.Существует вероятность отрицательного сопротивления в диапазоне 1–200 МГц, где угол опускается ниже -90 °. (Чтобы ознакомиться с цветной версией этого рисунка, отсылайте читателя к онлайн-версии этой книги.)

Пример 7.6: Ужасающие непреднамеренные высокочастотные колебания эмиттерного повторителя

Отрицательный импеданс может быть очень неприятной вещью. Если вокруг транзистора присутствуют реактивные компоненты (например, емкости транзистора и индуктивность проводки), существует возможность непреднамеренного возникновения генератора, если на вывод базы имеется отрицательное сопротивление.Схема, иллюстрирующая возможность непреднамеренного включения генератора, показана на рисунке 7.19. В этом случае L p — это паразитная индуктивность проводки, а C p — паразитные емкости транзистора, прикрепленные к базе. Отрицательное сопротивление — R добавляет энергию в контур резервуара LC , вызывая колебания. На практике — R на базе транзистора будет частично нейтрализован последовательно положительными сопротивлениями.Также отметим, что в этой упрощенной модели полюса системы будут находиться в правой полуплоскости, а осциллятор с постоянной амплитудой имеет полюса на оси . На практике, если создается непреднамеренный генератор, амплитуда колебаний самоограничивается из-за нелинейного усиления транзистора.

РИСУНОК 7.19. Схема для примера 7.6, иллюстрирующая возможность непреднамеренного возникновения генератора из-за паразитных компонентов L p и C p , прикрепленных к базе эмиттерного повторителя, где повторитель имеет отрицательное значение импеданса — R .

Непреднамеренный генератор показан на рисунке 7.20, где у нас есть эмиттерный повторитель 2N3904, нагруженный нагрузочным конденсатором 100 пФ. Индуктивность внешней паразитной проводки составляет 100 нГн в выводах базы и коллектора. Результирующий анализ переходных процессов (рисунок 7.20 (b)) показывает паразитные колебания на частоте ~ 120 МГц.

РИСУНОК 7.20. Непреднамеренный генератор, вызванный емкостной нагрузкой на эмиттерный повторитель (Пример 7.6). (а) Схема. (b) Анализ переходных процессов LTSPICE, показывающий колебания на частоте 120 МГц.(Чтобы ознакомиться с цветной версией этого рисунка, отсылайте читателя к онлайн-версии этой книги.)

Классическим «исправлением» проблемы колебаний эмиттерных повторителей является установка резистора с малым номиналом в базу (рисунок 7.21). . Чтобы предотвратить колебания, внешнее сопротивление должно быть больше отрицательного сопротивления — R , представленного базовой схемой. В показанном анализе переходных процессов, похоже, что внешний резистор около 100 Ом хорошо справится с подавлением любых колебаний, но значение, которое вам понадобится в вашей схеме, будет варьироваться в зависимости от типа используемого транзистора, смещения транзистора. уровень и величина паразитной индуктивности, окружающей выводы транзистора.

РИСУНОК 7.21. Классическое исправление для непреднамеренного генератора 120 МГц из примера 7.6 путем добавления базового резистора небольшого номинала. (а) Схема. (b) Анализ переходных процессов LTSPICE, влияние внешнего базового резистора R b = 0, 22 и 100 Ом. Резистор 100 Ом эффективно подавляет колебания. (Для цветной версии этого рисунка читателю отсылается ссылка на онлайн-версию этой книги.)

Пример 7.7: Лабораторный эксперимент, демонстрирующий непреднамеренное высокочастотное колебание устрашающего эмиттерного повторителя

Схема, демонстрирующая нежелательное высокочастотное непреднамеренное высокочастотное колебание повторителя эмиттера. Генератор показан на рисунке 7.22 (а). Схема была построена на макетной плате с намеренно плохой высокочастотной компоновкой (то есть без заземляющего слоя, без обхода источника питания и т. Д.). К эмиттеру был прикреплен зонд осциллографа (рис. 7.22 (б)). Результирующий выходной сигнал (рис. 7.22 (c)) показывает, что значение постоянного напряжения эмиттерного напряжения составляет приблизительно -0,7 В, но с колебаниями ~ 100 МГц, лежащими поверх смещения постоянного тока.

РИСУНОК 7.22. Схема, демонстрирующая ужасные высокочастотные колебания эмиттерного повторителя из Примера 7.7. (а) Схема эмиттерного повторителя, построенная на транзисторе 2N3904, управляющая емкостной нагрузкой 20 пФ.(b) Фотография схемы, построенной на прототипе платы с намеренно плохой компоновкой схемы. (c) Захват изображения, показывающий уровень постоянного напряжения эмиттера транзистора при -0,7 В с колебанием ∼100 МГц. Эта фотография была сделана с помощью цифрового запоминающего устройства; по горизонтали: 10 нс / деление. d) фотография, сделанная с помощью телескопа с широкополосным диапазоном (Tektronix 465); по горизонтали: 5 нс / деление. (Чтобы ознакомиться с цветной версией этого рисунка, отсылайте читателя к онлайн-версии этой книги.)

Есть много плохих ответвлений ужасного колебания.Колебания могут быть выпрямлены и вызывать сдвиги постоянного тока в напряжении смещения транзистора или окружающих транзисторов. И, конечно же, возникающие колебания могут вызвать проблемы с электромагнитными помехами в соседних цепях.

Далее мы немного обсудим приборы и измерения. Фотография осциллографа на рис. 7.22 (c) показывает довольно синусоидальную форму волны. Однако в этом случае детали формы сигнала маскируются из-за относительно низкой полосы пропускания цифрового накопителя, используемого в эксперименте.На рис. 7.22 (d) мы видим фотографию, сделанную аналоговым осциллографом Tektronix 465 с большей полосой пропускания, которая показывает, что колебания не являются синусоидальными. (Мораль заключается в использовании осциллографа и зонда с достаточной пропускной способностью для выполнения работы.)

Эмиттерный повторитель (BJT) [Analog Devices Wiki]

Цель:

Чтобы исследовать простой усилитель с эмиттерным повторителем NPN, также иногда называемый конфигурацией с общим коллектором.

Материалы:

Модуль активного обучения ADALM2000
Макетная плата без пайки
Перемычки
1 — Резистор 2,2 кОм (RL)
1 — малосигнальный NPN-транзистор (2N3904 Q 1 )

Направления:

Соединения макетной платы показаны на схеме ниже. Выход генератора сигналов произвольной формы, W1, подключен к базовому выводу Q 1 . Вход осциллографа 1+ (односторонний) также подключен к выходу W1.Клемма коллектора подключена к положительному (Vp) питанию. Клемма эмиттера подключена как к нагрузочному резистору 2,2 кОм, так и к входу осциллографа 2+ (несимметричный). Другой конец нагрузочного резистора подключен к отрицательной клемме (Vn). Для измерения ошибки ввода-вывода канал 2 осциллографа можно использовать по-разному, подключив 2+ к базе Q 1 и 2- к эмиттеру.

Рисунок 1 Эмиттер-повторитель

Настройка оборудования:

Генератор сигналов должен быть настроен на синусоидальную волну 1 кГц с размахом амплитуды 4 В и смещением 0.Несимметричный вход канала осциллографа 2 (2+) используется для измерения напряжения на эмиттере. Осциллограф настроен с подключением канала 1+ для отображения выходного сигнала генератора AWG. При измерении ошибки входа и выхода канал 2 осциллографа должен быть подключен к дисплеям 2+ и 2- дифференциал.

Рисунок 2 Схема макета эмиттерного повторителя

Процедура:

Рис.3 Формы сигналов повторителя эмиттера

Инкрементное усиление (Vout / Vin) эмиттерного повторителя в идеале должно быть 1, но всегда будет немного меньше 1.Прирост обычно определяется следующим уравнением:

Из уравнения видно, что для получения коэффициента усиления, близкого к единице, мы можем либо увеличить R L , либо уменьшить r e . Мы также знаем, что r e является функцией I E и что по мере увеличения I E r e уменьшается. Также из схемы видно, что I E связан с R L и что по мере увеличения R L I E уменьшается.Эти два эффекта работают в противовес друг другу в простом эмиттерном повторителе с резистивной нагрузкой. Таким образом, чтобы оптимизировать усиление ведомого, нам необходимо изучить способы либо уменьшить r e , либо увеличить R L , не влияя на другое. Если посмотреть на повторитель с другой стороны, из-за присущего ему сдвига постоянного тока из-за транзистора В, BE , разница между входом и выходом должна быть постоянной в течение предполагаемого размаха. Из-за простой резистивной нагрузки R L ток эмиттера I E увеличивается и уменьшается по мере того, как выходной сигнал колеблется вверх и вниз.Мы знаем, что В BE является (экспоненциальной) функцией I E и изменится примерно на 18 мВ (при комнатной температуре) при изменении I E с коэффициентом 2. В этом примере колебания от +2 В до -2 В минимальное значение I E = 2 В / 2,2 кОм или 0,91 мА до максимального значения I E = 6 В / 2,2 кОм или 2,7 мА. Это приводит к изменению на 28 мВ на В BE . Это наблюдение приводит нас к первому возможному усовершенствованию эмиттерного повторителя.Токовое зеркало из действия 5 теперь заменяет резистор нагрузки эмиттера, чтобы фиксировать ток эмиттера транзистора усилителя. Токовое зеркало пропускает более или менее постоянный ток в широком диапазоне напряжений. Этот более или менее постоянный ток, протекающий в транзисторе, приведет к более или менее постоянному напряжению В BE . С другой стороны, очень высокое выходное сопротивление источника тока эффективно увеличило R L , в то время как r e остается на низком значении, установленном током.

Дополнительные материалы:

1 — резистор 3,2 кОм (используйте 1 кОм последовательно с 2,2 кОм)
1 — малосигнальный NPN-транзистор (Q 1 2N3904)
2 — малосигнальный NPN-транзистор (Q 2 , Q 3 SSM2212) выбран для лучшего соответствия Vbe

Рисунок 4 Улучшенный повторитель эмиттера

Настройка оборудования:

Рисунок 5 Улучшенная схема макетной платы эмиттерного повторителя

Процедура:

Рис.6.Улучшенные формы сигналов повторителя эмиттера.

Рисунок 7 Ошибка входа и выхода для нагрузки резистора и источника тока

Цель:

Важным аспектом эмиттерного повторителя является обеспечение усиления по мощности или току.Иными словами, управляйте нагрузкой с более низким сопротивлением (импедансом) от источника с более высоким сопротивлением (импедансом). Таким образом, поучительно измерить выходное сопротивление эмиттерного повторителя.

Материалы:

1 — 4,7 кОм Резистор
1 — 10 кОм Резистор
1 — малосигнальный NPN-транзистор (Q 1 2N3904)

Направления:

В приведенной ниже конфигурации схемы добавлен резистор R 2 для подачи тестового сигнала от AWG1 на эмиттер (выход) Q 1 .Вход, база Q 1 , заземлен.

Рисунок 8 Проверка выходного импеданса

Настройка оборудования:

Генератор сигналов должен быть настроен на синусоидальную волну 1 кГц с размахом амплитуды 2 вольта со смещением, равным минус В BE Q 1 (приблизительно -0,65 В). Это вводит ток +/- 0,1 мА (1 В / 10 кОм) в эмиттер Q 1 . Вход осциллографа 2+ измеряет изменение напряжения на эмиттере.

Рисунок 9 Проверка выходного импеданса Схема макетной платы

Процедура:

Рисунок 10 Формы сигналов при испытании выходного импеданса

Постройте график изменения напряжения, измеренного на эмиттере. Номинальный ток эмиттера в Q 1 составляет (5 В — 0,65) / 4,7 кОм или 925 мкА. Мы можем рассчитать r e из этого тока как 26 мВ / 925 мкА или 28 Ом. Как это r e соотносится со значением, измеренным на основе данных испытаний? Измените значение 1 рэнд с 4.От 7 кОм до 2,2 кОм и повторно измерьте выходное сопротивление цепи. Как он изменился и почему ??

Все следящие схемы, которые мы исследовали до сих пор, имеют встроенное смещение –V BE . Схема, показанная далее, использует сдвиг V BE эмиттерного повторителя PNP вверх для частичной отмены сдвига вниз V BE эмиттерного повторителя NPN.

Материалы:

1 — 6,8 кОм Резистор
1 — 10 кОм Резистор
1 — 0.01 мкФ Конденсатор
1 — малосигнальный PNP-транзистор (Q 1 2N3906)
3 — малосигнальный NPN-транзистор (Q 2 , Q 3 , Q 4 2N3904 или SSM2212)

Направления:

Соединения макетной платы показаны на схеме ниже. Выход функционального генератора подключен к клемме базы PNP-транзистора Q 1 . Вывод коллектора Q 1 подключен к диоду, подключенному к NPN Q 3 , который является входом токового зеркала.Вывод эмиттера подключен как к резистору R 1 , так и к выводу базы NPN-транзистора Q 2 . Вход осциллографа 2+ подключен как к эмиттеру Q 2 , так и к коллектору Q 4 . Эмиттеры Q 3 и Q 4 подключены к отрицательному (Vn) питанию. Для наилучшего соответствия используйте SSM2212 согласованную пару NPN для Q 3 и Q 4 .

Рисунок 11 Повторитель с малым смещением

Настройка оборудования:

Рисунок 12 Схема макетной платы повторителя с малым смещением

Генератор сигналов должен быть настроен на синусоидальную волну 1 кГц с размахом амплитуды 2 вольта со смещением, равным 0.Входной канал осциллографа 2 установлен на 500 мВ / дел.

Процедура:

Рис.13 Формы сигналов повторителя с малым смещением

Привод конденсатора

Проблема, с которой сталкивается простой эмиттерный повторитель, проявляется, когда он управляет емкостной нагрузкой. Время нарастания выходного сигнала может быть относительно быстрым, поскольку ток эмиттера ограничен только бета-кратностью тока базы, который может подаваться источником сигнала, управляющим базой.Время спада может быть намного медленнее и ограничено либо резистором эмиттера, либо источником тока.

Материалы:

2 — 2,2 кОм Резистор
1 — 10 кОм Резистор
1 — 0,01 мкФ Конденсатор
3 — малосигнальный PNP-транзистор (Q 2 , Q 3 , Q 4 2N3906 SSM2220)
3 — малосигнальный NPN-транзистор (Q 1 , Q 5 , Q 6 2N2904 SSM2212)

Схема, показанная здесь на рисунке 10, использует обратную связь для регулировки тока в эмиттерном повторителе при изменении тока в нагрузке.Ток для вывода отрицательного вывода может быть в N раз (коэффициент усиления зеркала NPN) тока в PNP Q 3 . Для наилучшего согласования используйте согласованную пару PNP SSM2220 для Q 3 и Q 4 и согласованную пару NPN SSM2212 для Q 5 и Q 6 (усиление зеркала NPN будет равно 1, добавьте второй SSM2212 параллельно с Q 5 для увеличения зеркального усиления).

Рис.16 Сбалансированный повторитель скорости нарастания

Настройка оборудования:

Рисунок 17 Схема макетной платы сбалансированного повторителя скорости нарастания

Процедура:

Рис.18 Осциллограммы сбалансированного повторителя скорости нарастания

Рис.19 Осциллограммы сбалансированного повторителя скорости нарастания

Альтернативный подход к совершенствованию эмиттерного повторителя заключается в уменьшении эффективного r e за счет отрицательной обратной связи.Уменьшение r и может быть решено путем добавления второго транзистора для увеличения коэффициента отрицательной обратной связи за счет увеличения коэффициента усиления без обратной связи. Одиночный транзистор заменяется парой со 100% обратной связью по напряжению на эмиттер первого транзистора. Это часто называют дополнительной парой обратной связи. Значение R 2 имеет решающее значение для хорошей линейности, поскольку оно устанавливает I C транзистора Q 1 , а также определяет нагрузку на его коллектор.

Материалы:

1-2.Резистор 2 кОм
1 — Резистор 10 кОм
1 — малосигнальный NPN-транзистор (2N3904 Q 1 )
1 — малосигнальный PNP-транзистор (2N3906 Q 2 )

Рисунок 23 Дополнительная пара обратной связи Эмиттер-повторитель

Настройка оборудования:

Рисунок 24 Схема макетной платы эмиттерного повторителя дополнительной пары обратной связи

Процедура:

Рис.25 Формы сигналов эмиттер-повторителя дополнительной пары обратной связи

Незначительное дополнение к эмиттерному повторителю дополнительной пары обратной связи может обеспечить усиление более 1.Резистор R 3 добавлен между коллектором PNP Q 2 и эмиттером NPN Q 1 . Выход теперь берется на коллекторе Q 2 . Прибыль приблизительно равна соотношению 3 рандов к 1 рандов, прирост = ( 1 рандов + 3 рандов) / 1 рандов. В этом примере это около 3,2.

Материалы:

2 — Резисторы 1 кОм
1 — Резистор 2,2 кОм
1 — малосигнальный NPN-транзистор (2N3904 Q 1 )
1 — малосигнальный PNP-транзистор (2N3906 Q 2 )

Рисунок 26 Последователь с усилением больше 1

Настройка оборудования:

Рисунок 27 Последователь с коэффициентом усиления более 1 Схема макетной платы

Процедура:

Рисунок 28 Последователь с усилением более 1 Осциллограммы

В дополнение к усилению (или в результате этого) уровень постоянного тока на выходе сдвигается на положительную величину по сравнению с коэффициентом усиления 1 версии.Это ограничивает диапазон входного напряжения, в котором схема может работать, как показывает отрицательный сдвиг входного уровня постоянного тока. Следующий график нормализует смещение постоянного тока.

Чтобы подтвердить, что коэффициент усиления действительно составляет около 3,2, следующий график делит выходной сигнал на коэффициент усиления и сравнивает его с входным. В этом примере фактическое усиление составляет 3,16, скорее всего, из-за неточных значений резистора.

Вопросы:

Что ограничивает коэффициент усиления, превышающий тот, который может произвести эта схема?

Что можно добавить в схему для снятия / восстановления уровней постоянного тока на входе и выходе этой схемы?

Что было бы, если бы транзистор NPN с диодным соединением заменить резистором R 2 (2.2кОм)?

Это модификация эмиттерного повторителя для ограничения токового выхода. Если выходной каскад усилителя является эмиттерным повторителем, может потребоваться ограничение максимального тока, который может подаваться на выходную нагрузку. Схема:

Рисунок 32 Предел тока эмиттера

Настройка оборудования:

Рисунок 33 Схема макетной платы ограничения тока эмиттера

Процедура:

Рис.34 Осциллограммы предельного тока эмиттера

Где:

  1. R 1 Базовый резистор ограничивает базовый ток транзистора Q1.

  2. R 2 резистор измерения тока, используемый для измерения тока и включения транзистора Q2.

  3. R 3 Выходная нагрузка.

  4. Q 1 главный транзистор, обеспечивающий ток нагрузки.

  5. Q 2 транзистор измерения тока.

Обсуждение:

Идея этой схемы заключается в том, что R 2 действует как резистор считывания тока. Когда ток нагрузки умножается на R 2 , напряжение считывания достигает примерно 0.6 (для кремниевых транзисторов) Q 2 начинает проводить и увеличивает ток в R 1 , что ограничивает базовый привод до Q 1 , уменьшая его выходной ток. Максимальный ток в цепи достигается, когда I L * R 2 = 0,6. Эта схема может использоваться для защиты усилителей (включая двухтактные усилители), источников питания и других схем; или его можно использовать как цепь постоянного тока. Это не точная схема; однако это простая и эффективная схема.

Вернуться к лабораторной работе Содержание

университет / курсы / электроника / электроника-лаборатория-11.txt · Последнее изменение: 25 июня 2020 г., 22:07 (внешнее редактирование)

BJT Emitter-Follower — Working, Application Circuits

В этом посте мы узнаем, как использовать конфигурацию транзисторного эмиттерного повторителя в практических электронных схемах, мы изучаем это на нескольких различных примерах прикладных схем.Эмиттерный повторитель — это одна из стандартных конфигураций транзисторов, которую также называют конфигурацией транзисторов с общим коллектором.

Давайте сначала попробуем понять, что такое транзистор с эмиттерным повторителем и почему он называется схемой транзистора с общим коллектором.

Что такое транзистор эмиттерного повторителя

В конфигурации BJT, когда вывод эмиттера используется в качестве выхода, сеть называется эмиттерным повторителем. В этой конфигурации выходное напряжение всегда немного ниже, чем входной базовый сигнал из-за присущего падению между базой и эмиттером.

Проще говоря, в транзисторной схеме этого типа эмиттер, кажется, следует за базовым напряжением транзистора, так что выход на выводе эмиттера всегда равен базовому напряжению за вычетом прямого падения на переходе база-эмиттер.

Мы знаем, что обычно, когда эмиттер транзистора (BJT) подключен к шине заземления или нулевой шине питания, базе обычно требуется около 0,6 В или 0,7 В, чтобы обеспечить полное переключение устройства через его коллектор на эмиттер.Этот режим работы транзистора называется режимом с общим эмиттером, а значение 0,6 В называется значением прямого напряжения BJT. В этой наиболее популярной форме конфигурации нагрузка всегда подключена к клемме коллектора устройства.

Это также означает, что до тех пор, пока базовое напряжение BJT на 0,6 В выше, чем напряжение его эмиттера, устройство становится смещенным в прямом направлении или включается в проводимость, или становится оптимально насыщенным.

Теперь, в конфигурации транзистора с эмиттерным повторителем, как показано ниже, нагрузка подключается на стороне эмиттера транзистора, то есть между эмиттером и шиной заземления.


Когда это происходит, эмиттер не может получить потенциал 0 В, и BJT не может включиться с обычным напряжением 0,6 В.
Предположим, что к его базе приложено 0,6 В, из-за нагрузки эмиттера транзистор только начинает проводить ток, чего недостаточно для срабатывания нагрузки.
Когда базовое напряжение увеличивается с 0,6 В до 1,2 В, эмиттер начинает проводить и позволяет 0,6 В достигать своего эмиттера, теперь предположим, что базовое напряжение дополнительно увеличивается до 2 В…. Это побуждает напряжение эмиттера
достигать примерно 1.6В.
Из приведенного выше сценария мы находим, что эмиттер трамзистора всегда на 0,6 В ниже базового напряжения, и это создает впечатление, что эмиттер следует за базой, и отсюда и название.
Основные особенности конфигурации транзистора с эмиттерным повторителем можно изучить, как описано ниже:

  1. Напряжение эмиттера всегда примерно на 0,6 В ниже, чем напряжение базы.
  2. Напряжение эмиттера можно изменять, соответствующим образом изменяя базовое напряжение.
  3. Ток эмиттера эквивалентен току коллектора.Этот
    делает конфигурацию богатой по току, если коллектор
    напрямую подключен к питающей (+) шине.
  4. Нагрузка, приложенная между эмиттером и землей, основание
    приписывается характеристике высокого импеданса, что означает, что база
    не уязвима для подключения к шине заземления через эмиттер,
    не требует высокого сопротивления для защиты сам по себе, и обычно
    защищен от сильного тока.

Как работает схема эмиттерного повторителя

Коэффициент усиления напряжения в цепи эмиттерного повторителя приблизительно равен Av ≅ 1, что неплохо.

В отличие от характеристики напряжения коллектора, напряжение эмиттера находится в фазе с входным базовым сигналом Vi. Это означает, что как входные, так и выходные сигналы имеют тенденцию воспроизводить свои положительные и отрицательные пиковые уровни одновременно.

Как понималось ранее, выходной сигнал Vo, кажется, «следует» за уровнями входных сигналов Vi через синфазное соотношение, и это представляет его название эмиттерный повторитель.

Конфигурация эмиттер-повторитель в основном используется для приложений согласования импеданса из-за ее высоких характеристик импеданса на входе и низкого импеданса на выходе.Похоже, что это прямая противоположность классической конфигурации с фиксированным смещением. Результат схемы очень похож на результат, полученный от трансформатора, в котором нагрузка согласована с импедансом источника для достижения самых высоких уровней передачи мощности по сети.

re Эквивалентная схема эмиттерного повторителя

Эквивалентная схема re для вышеприведенной схемы эмиттерного повторителя показана ниже:

Что касается повторной схемы:

Zi : Входное сопротивление можно рассчитать с помощью формула:

Zo : Выходное сопротивление можно лучше всего определить, сначала оценив уравнение для тока Ib :

Ib = Vi / Zb

и затем умножив на (β +1), чтобы получить Ie .Вот результат:

Ie = (β +1) Ib = (β +1) Vi / Zb

Замена Zb дает:

Ie = (β +1) Vi / βre + (β +1 ) RE

Ie = Vi / [βre + (β +1)] + RE

, так как (β +1) почти равно β , а βre / β +1 равно почти равно βre / β = re , мы получаем:

Теперь, если мы построим сеть, используя полученное выше уравнение, мы получим следующую конфигурацию:

Следовательно, выходной импеданс может быть определен следующим образом: установка входного напряжения Vi на ноль и

Zo = RE || re

Так как RE обычно намного больше, чем re , в основном принимается во внимание следующее приближение:

Zo ≅ re

Это дает нам выражение для выходного сопротивления цепи эмиттерного повторителя.

Как использовать транзистор эмиттерного повторителя в схеме (прикладные схемы)

Конфигурация эмиттерного повторителя дает вам преимущество получения выхода, который становится управляемым на базе транзистора.

И поэтому это может быть реализовано в различных схемах, требующих индивидуальной конструкции с управлением напряжением.

Следующие несколько примеров схем показывают, как обычно схема эмиттерного повторителя может использоваться в схемах:

Простой источник переменного тока:

Следующий простой источник питания с высокой регулируемой мощностью использует характеристику эмиттерного повторителя и успешно реализует аккуратный 100 В, 100 А регулируемый блок питания, который может быть быстро собран и использован любым новым любителем в качестве удобного настольного блока питания.

Регулируемый стабилитрон:

Обычно стабилитрон имеет фиксированное значение, которое не может быть изменено или изменено в соответствии с потребностями данной схемы.
Следующая диаграмма, которая на самом деле представляет собой простую схему зарядного устройства сотового телефона, разработана с использованием схемы эмиттерного повторителя. Здесь, просто заменив указанный базовый стабилитрон на потенциометр 10K, конструкция может быть преобразована в эффективную регулируемую схему стабилитрона, еще одну схему применения повторителя с холодным эмиттером.

Простой контроллер скорости двигателя

Подключите щеточный двигатель через эмиттер / землю и настройте потенциометр с базой транзистора, и вы получите простую, но очень эффективную схему контроллера скорости двигателя с диапазоном от 0 до максимального диапазона. Конструкцию можно увидеть ниже:

Усилитель мощности Hi-Fi:

Вы даже задавались вопросом, как усилители могут воспроизвести образец музыки в усиленной версии, не нарушая формы волны или содержания музыкального сигнала? Это становится возможным благодаря тому, что в цепи усилителя задействовано множество каскадов эмиттерного повторителя.

Вот простая схема усилителя мощностью 100 Вт, в которой можно увидеть устройства выходной мощности, сконфигурированные в виде истокового повторителя, который является эквивалентом МОП-транзистора эмиттерного повторителя BJT.

Может быть, возможно, намного больше таких схем приложения эмиттер-повторителя, я только что назвал те, которые были легко доступны мне с этого веб-сайта, если у вас есть дополнительная информация по этому поводу, пожалуйста, не стесняйтесь делиться своими ценными комментариями.

Эмиттерный повторитель и другие конфигурации транзисторов

Существует три топологии усилителя с биполярным переходом: общий эмиттер, общая база и общий коллектор.(Для полевых транзисторов аналогичными конфигурациями схем являются общий исток, общий затвор и общий сток. В старом мире электронных ламп это были общий катод, общая сетка и общая пластина.) Эта конкретная классификация происходит от конфигурации внешней схемы. .

Схема эмиттерного повторителя, также известная как усилитель с общим коллектором, является типичным устройством отрицательной обратной связи. Что в нем хорошего, так это его высокий входной импеданс, который снижает нагрузку, т.е.е. будучи практически невидимым для предыдущей схемы. Кроме того, выходное сопротивление низкое, поэтому следующая схема не дестабилизирует его, если это будет большая нагрузка. Другими словами, транзистор представляет собой надежный буфер напряжения.

В схеме с общим коллектором входное напряжение прикладывается между базой и коллектором, а выходное напряжение исходит из разницы, которая существует между цепями эмиттера и коллектора. Поскольку напряжение эмиттера является функцией входной разности, устройство обычно называют эмиттерным повторителем.

Схема характеризуется двумя важными характеристиками: коэффициент усиления всегда близок к единице, независимо от изменений смещения, индивидуальных производственных отклонений, тепловых эффектов, нагрузки на последующем каскаде или значения любого резистора коллектора. Во-вторых, выход является обратным входу. Это вовсе не недостаток, если его принять во внимание. Если количество ступеней четное, общий выходной сигнал не инвертируется.

В схеме усилителя на эмиттерном повторителе выходной сигнал, помимо инвертирования, немного меньше единицы, потому что напряжение на эмиттере фиксируется на диодном падении около 0.6 В ниже основания. Поскольку в этой схеме нет усиления напряжения, можно задаться вопросом, есть ли у нее цель. Ответ заключается в том, что его ценность заключается в том, что его входное сопротивление намного больше, чем его выходное сопротивление. Соответственно, меньше мощности требуется от входа для управления выходом, если бы было прямое соединение, а не схема эмиттерного повторителя. По этой причине эмиттерный повторитель имеет усиление по току. Поскольку коэффициент усиления по напряжению близок к единице, схема имеет значительный выигрыш по мощности.Малый выходной импеданс эмиттерного повторителя снижает любую нагрузку на последующий каскад.

Осциллографы

могут быть полезны для отображения некоторых качеств, присущих эмиттерным повторителям. Если усилитель питается от генератора сигналов, подключите выход усилителя и выход генератора сигналов к отдельным каналам осциллографа. Инвертированный характер выхода усилителя должен быть очевиден на дисплее осциллографа. То же самое должно быть в том, что на выходе нет усиления напряжения.

Аналогичным образом, на дисплее осциллографа должна быть легко видна частотная характеристика усилителя. Мы регулируем выходную частоту генератора сигналов, пока выходная мощность усилителя не упадет до 70,7% от его нормальной выходной мощности. Это точка спада 3 дБ. Этот момент легко заметить, установив курсоры напряжения на осциллографе на точку 70,7%.

Одно из применений схемы усилителя с эмиттерным повторителем — это часть регулятора напряжения, использующая его возможности в качестве буфера.В некоторых некритичных цепях, где ток питания никогда не поднимается выше заданного уровня, подойдет простой стабилитрон. Но в этом простом регуляторе напряжения есть проблемы, потому что выход не может быть отрегулирован или установлен. Неразрушающий пробой обратного смещения стабилитрона просто отсекает напряжение выше определенного уровня в зависимости от выбора диода. Кроме того, из-за ограниченного динамического импеданса стабилитроны обеспечивают минимальное подавление пульсаций и стабильность при изменении входа и нагрузки.Когда нагрузка сильно колеблется, только мощный и дорогой стабилитрон может справиться с повышенным тепловыделением. И здесь усилитель эмиттерного повторителя является эффективным средством.

Чтобы изолировать стабилитрон, эмиттерный повторитель вместе с резистором можно подключить последовательно с выходом для ограничения тока. Это делается через коллекторный резистор, поэтому делитель напряжения формируется с стабилитроном, смещенным в обратном направлении от центрального вывода делителя напряжения к земле. Центральная точка этого делителя напряжения может быть заземлена через конденсатор, подключенный к дополнительному центральному отводу.Этот добавленный компонент эффективно снижает пульсацию.

Как любой источник тока (аккумулятор, генератор), эмиттерный повторитель может передавать мощность на подключенную нагрузку только до конечного уровня напряжения. Диапазон напряжения без падения тока известен как его выходное соответствие. Это эквивалентно тому, что в случае эмиттерного повторителя он должен оставаться в своей активной области. Напряжение коллектора должно находиться в диапазоне от близкого к насыщению до максимально возможного напряжения питания, если нагрузка не содержит дополнительного источника питания.

ECE 392 Лаборатория 2: Эмиттер-повторитель


PRELAB

  1. Каково приблизительное значение усиления по напряжению эмиттерного повторителя? Чем может быть полезна такая схема?
  2. Каковы значения входного и выходного сопротивлений эмиттерного повторителя? вы рассчитываете измерить? Связаны ли они?

ЛАБОРАТОРИЯ

Необходимое оборудование: комплект деталей ECE 392, провода, 2 зонда.

1.ЭМИТТЕР ПОСЛЕДУЮЩИЙ С ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ ОДИНОЧНОЙ И ДВОЙНОЙ ПОЛЯРНОСТИ.

Подключите схему, показанную ниже. Ценность небольшой защитной входной базы резистор не критично.

(a) Наблюдайте за работой ведомого.

Управляйте им с помощью симметричной синусоидальной волны на входе (убедитесь, что сигнал от генератора сигналов не имеет постоянного напряжения смещения).Увеличьте ввод напряжение от менее 1 В (размах) до примерно 2 В (не управляйте переходом B-E до разбивки на отрицательный полупериод). Наблюдайте за входными и выходными сигналами используя два канала осциллографа и отметьте их амплитуды и фазовое соотношение. Обратите внимание, особенно при низком напряжении сигнала, разница в пиковом напряжении и времени перехода через ноль на двух каналах. Расширять вертикальный и горизонтальный масштаб по мере необходимости. Используйте вход постоянного тока осциллографа, чтобы убедиться, что в вашем сигнале присутствует смещение постоянного тока.

Затем подключите V CC к 5 В и V EE к -5 В (см. рисунок ниже) и снова проследите за выводом. Измерьте входное и выходное напряжение. Рассчитайте усиление напряжения.
Насколько большое выходное напряжение можно получить от схемы (без искажений)?
Объясните разницу между этим и предыдущим случаем.

(b) Измерьте входное и выходное сопротивление, Z на и Z на выходе .

Определите Z в (полное сопротивление в базе транзистора) путем измерения сигналов на обеих сторонах резистора 10 кОм, подключенного к серия на входе. Вы можете оставить небольшой входной резистор. в предыдущей схеме. Напомним, что входное сопротивление — это отношение входное напряжение к входному току, который по закону Ома равен пропорционально падению напряжения на резисторе.

Нагрузите выход резистором (1 кОм или меньше) через 4.Блокирующий конденсатор 7 мкФ. Используйте синусоидальный сигнал на входе и наблюдаем изменение выходного сигнала при включении резистора подключен. Определите Thevenin эквивалентное сопротивление при рассмотрении повторителя как источника напряжения с Z на выходе в сериях. Работайте на частоте, при которой цепь нагрузки не работает как фильтр (ω >> 1 / RC)

Подсказка: Обратите внимание, что нагрузка резистор образует делитель напряжения с Z на выходе .

2. ЭМИТТЕР СОЕДИНИТЕЛЬНЫЙ КОНДЕНСАТОР.

Можно ли использовать источник питания с одной полярностью для ведомого устройства, работающего с симметричный вход? Попробуйте схему, показанную на рисунке ниже. Мера компоненты переменного и постоянного тока выходного напряжения с осциллографом. Измерьте смещение эмиттера и базы постоянным током с помощью цифрового вольтметра.
Объясните результат.Как вы могли устранить составляющая постоянного тока от выходного напряжения? Пытаться!

АЧХ последней цепи отличается от тех, что в 1? Определить частоту f -3дБ путем уменьшения частота генератора до тех пор, пока выходной сигнал не упадет на 3 дБ


ОТЧЕТ

Четко представьте результат всех измерений.Ответьте на все вопросы и прокомментируйте темы, выделенные жирным шрифтом в этом руководстве.
Используйте моделирование Multisim, чтобы получить частотные характеристики схемы в 2 и сравнить измеренные значения f-3 дБ с результатами моделирования.

Эмиттерный повторитель — реализация отрицательной обратной связи серии Voltage

Название упражнения: Эмиттерный повторитель (реализация отрицательной обратной связи по напряжению)

Цель: эмиттерный повторитель (реализация отрицательной обратной связи по напряжению)

Требуемый материал:
1.Программное обеспечение MULTISIM, загружаемое ПК 1 №
2. Принтер 1 №

Описание:
1. Теория
2. Символ
3. Расчетная схема
4. Процедура моделирования
5. Форма выходного сигнала

ТЕОРИЯ
Схема эмиттерного повторителя занимает видное место в усилителях обратной связи. Эмиттерный повторитель представляет собой схему обратной связи по отрицательному току. В основном он используется в качестве усилителя последней ступени в схемах генератора сигналов.

ДИЗАЙН-ЦЕПЬ

Настройки частоты:
Процедура моделирования:
• Откройте программу MULTISIM.
• Щелкните => New => Design1
• Щелкните Save as в Desk Top, переименуйте Design1 в имя вашей схемы.
• Перейдите на панель инструментов «Компонент» и выберите компоненты.
• Нарисуйте принципиальную схему цепи эмиттерного повторителя.
• Подключите упомянутую выше цепь CRO.
• Щелкните кнопку моделирования или нажмите клавишу F5 => RUN
• Запишите период времени и вычислите частоты.
• Запишите формы выходного сигнала.

Результат:
Таким образом, схема предназначена для моделирования VI-характеристик прямого и обратного смещения стабилитрона, и выходной график распечатывается.

Видеоурок:

Вопросы с ответами:
1. Что такое каскадный усилитель?
Для соответствия заданным характеристикам усилителя два или более каскада соединены последовательно, каждый каскад может быть идентичным или различным. Такие усилители называются каскадными усилителями. Часто усилитель с многокаскадным излучателем с общим эмиттером называют каскадным усилителем.

2. Какие типы связи используются в усилителях?
Термин «связь» используется в многокаскадных усилителях и относится к способу подключения выхода одного каскада к входу следующего каскада.В основном существует три типа связи:
1. Трансформаторная муфта
2. Емкостная связь
3. Связь постоянного тока
4. Оптическая связь

3. Что такое усилитель?
Усилитель — это схема, которая может использоваться для увеличения амплитуды входного тока или напряжения на выходе за счет энергии, получаемой от внешнего источника.

4. Классифицируются усилители в зависимости от конфигурации транзисторов.
В зависимости от конфигурации транзистора усилители классифицируются как
a.Усилитель с общим эмиттером
b. Усилитель с общим коллектором
c. Усилитель с общей базой.

Все эксперименты должны разрабатываться и проверяться с помощью инструментов моделирования, таких как Multisim.
1. Стабилитрон (характеристики прямого и обратного смещения)
2. Схемы выпрямителя (полуволновой, двухполупериодный, мостовой выпрямитель с фильтрами)
3. Источник питания со стабилитроном в качестве стабилизатора
4. Выходные характеристики транзистора с общей базой
5. Усилитель с общим эмиттером (реализация отрицательной обратной связи Current Series)
6.Эмиттерный повторитель (реализация отрицательной обратной связи по напряжению)
7. RC-связанный усилитель (реализация концепции многокаскадного усилителя)
8. Ограничители и зажимы
9. RC-фазовый генератор (среднечастотные генераторы синусоидальной волны)
10. Генератор Хартли (Генератор высокочастотной синусоидальной волны)
11. Нестабильный мультивибратор (генератор прямоугольных или прямоугольных волн)
12. Запуск тринистора с различными токами затвора.

OSCAR — Разное021 — Усилитель эмиттер-повторитель

Усилитель эмиттер-повторитель

Усилитель эмиттер-повторитель (EF) также известен как усилитель с общим эмиттером.Он обычно используется там, где необходима буферизация или изоляция в сочетании с мощностью для управления большой нагрузкой. Это обеспечивает:

  • Небольшой прирост мощности.
  • Высокое входное сопротивление (несколько кОм).
  • Низкое выходное сопротивление.
  • Нет усиления напряжения.
  • Нет сдвига фаз между входом и выходом.

Символы и термины

  • Power Gain : отношение входной мощности к выходной мощности.
  • Отсечка : Ток коллектора уменьшен до нуля.
  • Q-Point : значения тока коллектора (Icq) и напряжения (Vceq) в состоянии покоя или покоя при отсутствии входного сигнала.
  • Ic : Ток коллектора.
  • Ib : Базовый ток.
  • Ie : Ток эмиттера.
  • Vbe : Напряжение между базой и эмиттером.
  • Vce : напряжение между коллектором и эмиттером.
  • Zin : Входное сопротивление, эквивалентное сопротивление по переменному току на входе усилителя.
  • Zout : Выходное сопротивление, эквивалентное сопротивление по переменному току на выходе усилителя.
  • относительно : внутреннее сопротивление эмиттера = 25 мВ / Ieq. (Обратите внимание на маленькую букву «r»)
  • Rs : сопротивление источника сигнала.
  • // : Символ, используемый для обозначения параллельных компонентов.

Большинству усилителей необходимо работать с входными сигналами, имеющими как положительные, так и отрицательные колебания напряжения.Для этого усилитель спроектирован в конфигурации класса A, ток коллектора смещен от нуля при отсутствии входного сигнала. Это легко сделать путем смещения базового тока (Ib) с помощью R1 и R2.

Эмиттерный резистор (Re) гарантирует, что напряжение коллектора может сильно колебаться, не пытаясь превысить (Vcc) или упасть на землю (0 В постоянного тока).

Входной конденсатор (Cin) и выходной конденсатор (Cout) обеспечивают конструкцию со связью по переменному току.Конденсаторы блокируют любой постоянный ток, который может нарушить смещение транзистора.

Проектирование усилителя (Подсчитайте)

  1. Выберите основные рабочие параметры:
    • Vcc = 12 В постоянного тока, напряжение питания.
    • Icq = 5 мА, что обеспечивает низкое рассеивание мощности.
    • Vceq = 6 В постоянного тока, примерно половина Vcc.
    • Beta = 150, в зависимости от характеристик транзистора.
    • Vbe = 0.7 В постоянного тока, типичное для кремниевого транзистора.
  2. Рассчитайте значение Re:
    • Vcc ~ Vce + Ie * Re — поэтому
    • Re = (Vcc — Vceq) / Icq — так
    • Re = (12 В — 6 В) / 5 мА = 6 В / 0,005 A = 1,200 Ом = 1,2 кОм
  3. Рассчитайте базовый ток:
    • Предполагая, что Ic ~ Ie, Ic = Ib * Beta — поэтому
    • Ib = Icq / Beta — поэтому
    • Ib = 5 мА / 150 = 0,005 / 150 = 0.000033 А = 33 мкА
  4. Установите ток через R1 и R2, равный 10-кратному Ib, как показано на практике:
    • IR1R2 = Ib * 10 — так
    • IR1R2 = 33 мкА * 10 = 330 мкА
  5. Рассчитайте напряжение на R2:
    • Vb ~ Vbe + Ic * Re — так
    • В ~ 0,7 В + 5 мА * 1,2 кОм = 0,7 В + 0,005 А * 1,200 Ом = 6,7 В
  6. Рассчитайте R2 с помощью закона Ома:
    • R2 = VR2 / IR2 — так
    • R2 = 6.7 В / 330 µ = 20,300 Ом = 20,3 кОм
      — выбор 22 кОм в качестве стандартного значения
  7. Напряжение на R1 рассчитывается с помощью делителя напряжения:
    • VR1 = Vcc — VR2 — так
    • VR1 = 12 В — 6,7 В = 5,3 В
  8. Снова используя закон Ома, рассчитайте R1:
    • R1 = VR1 / IR1 — так
    • R1 = 5,3 В / 330 µ = 16060 Ом = 16,06 кОм
      — выбор 15 кОм в качестве стандартного значения
  9. Цин определяется:
    • Zin = R1 // R2 // Zb = 1 / {1 / R1 + 1 / R2 + 1 / [Re * (Beta + 1)]} — так
    • Zin = 1 / [1/15 кОм + 1/22 кОм + 1/1.2 кОм * (150 + 1)] = 8 510 Ом = 8,5 кОм
  10. Предполагая, что Rs = 50 Ом:
    • Ze = (Rs // R1 // R2) / (Beta + 1) + re — поэтому
    • Ze = (50 Ом // 15 кОм // 22 кОм) / (Бета + 1) + (25 мВ / 5 мА) = 49,72 / 151 + 5 = 5,31 Ом
  11. Zout рассчитывается как:
    • Zout = Ze // Re — so
    • Zout = 5,31 Ом // 1,2 кОм = 5,3 Ом

На основе Hands-On Radio от QST

от февраля 2003 г.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.