Усиление

— Для чего нужен блокировочный конденсатор на эмиттере усилителя с общим эмиттером?

Сложно увидеть, где находится отрицательная обратная связь в усилителе с общим эмиттером, но рассмотрим, что происходит, когда эмиттерный резистор отсутствует, т. е. эмиттер подключен напрямую к 0 вольт. Входной сигнал в базу затем становится входом в заземленный и смещенный в прямом направлении диод.

Поскольку область база-эмиттер представляет собой диод, при повышении напряжения базы (транзистор NPN) вы получаете характеристику входного импеданса диода: —

Изображение взято из гиперфизики и упрощено.

Вы должны увидеть, что небольшое изменение напряжения база-эмиттер приводит к большому изменению тока базы в районе 0,6 В.

Таким образом, если ток базы изменяется от 2 мкА до 100 мкА в диапазоне базового напряжения от 0,5 до 0,7 В, то ток коллектора попытается измениться на величину, которая в hFE раз выше, т. е. он изменится от 200 мкА до 10 мА (при условии, что hFE биполярного транзистора равно 100).

Если у вас коллекторный резистор 1 кОм и питание 15 вольт, то начальное напряжение на коллекторе из-за 0,5 вольт на базе составляет: —

15 вольт — (200 мкА x 1 кОм) = 14,8 вольт.

Когда базовое напряжение возрастает до 0,7 вольт, напряжение коллектора падает до: —

15 вольт — (10 мА x 1 кОм) = 5 вольт.

На первый взгляд, усиление по напряжению составляет \$\dfrac{14,8-5}{0,2}\$ = 49.

Итак, вот первый момент: нам не всегда нужны каскады с высоким коэффициентом усиления по напряжению и так далее. мы вставляем резистор эмиттера, и, как только ток коллектора пытается течь, этот резистор эмиттера повышает напряжение эмиттера, и, таким образом, напряжение база-эмиттер начинает предотвращать действие, подобное диоду с прямым смещением, как объяснялось ранее — в этом отношении это отрицательная обратная связь — если слишком большой ток коллектора пытается протекать, напряжение база-эмиттер уменьшается, так что слишком большой ток коллектора не может протекать.

Результатом этого является то, что теперь на эмиттере наблюдается сигнальное напряжение, и это сигнальное напряжение становится практически таким же сигнальным напряжением, как и на базе, но примерно на 0,6 В постоянного тока ниже (для NPN-транзистора). В конце концов, это просто диод с прямым смещением последовательно с эмиттерным резистором, т.е. это не должно быть неожиданным.

Теперь, поскольку разумно сказать, что токи эмиттера и коллектора одинаковы, коэффициент усиления по напряжению в цепи стремится стать равным Rc/Re, и у нас больше нет сильной зависимости усиления по напряжению от hFE и температуры (Vbe изменяется с температурой при -2 мВ на градус Цельсия).

Еще одним преимуществом эмиттерного резистора является улучшение входного импеданса базы. Без эмиттерного резистора входное сопротивление равно входному сопротивлению диода, смещенного в прямом направлении, и оно будет изменяться циклически (и сильно нелинейно) с сигналом, наложенным на смещение. Это неизбежно вызывает искажение этого сигнала.

При наличии эмиттерного резистора любая характеристика диода подавляется значением эмиттерного резистора, умноженным на коэффициент усиления по току, следовательно, с эмиттерным резистором 100 Ом и коэффициентом бета, равным 100, полное сопротивление, проецируемое на базу, становится диодом, включенным последовательно с диодом 10 кОм. .

Шунтирующий конденсатор — это попытка сделать усиление по напряжению для сигналов переменного тока больше, чем усиление по постоянному току, установленное параметрами Rc и Re. Это добавляет проблем и решает некоторые проблемы, и это очень смешанное благо. Входное сопротивление для сигналов переменного тока в значительной степени падает до значения, когда эмиттерный резистор не используется.

Добро пожаловать в Real Digital

1. Цифровая логика
2. Тема: Электронные компоненты

Введение в схемы

3553

Резисторы

Резисторы представляют собой устройства с двумя клеммами, которые ограничивают или сопротивляются протеканию тока. Чем больше сопротивление резистора, тем меньший ток может протекать через него при любом заданном напряжении (отношение между сопротивлением, напряжением и током определяется законом Ома, который будет обсуждаться позже). Электроны, протекающие через резистор, сталкиваются с материалом в корпусе резистора, и именно эти столкновения вызывают электрическое сопротивление. При каждом столкновении выделяется энергия в виде тепла или света (как в тостере или лампочке). Сопротивление измеряется в омах, а ом определяется величиной сопротивления, при котором ток силой 1 А течет от источника 1 В. Резисторы можно приобрести в диапазоне от менее 1 Ом до нескольких миллионов Ом (или мегаом).

Рис. 1. Схематическое обозначение резистора.

Для большинства цепей сопротивление в один Ом является относительно небольшим значением, а сопротивление в 100 кОм — относительно большим значением. Физический размер и внешний вид резистора определяются мощностью, которую он должен рассеять в виде тепла. 2R (или P=VI), где I — ток, протекающий через резистор, V — напряжение на резисторе, а R является сопротивление. Резистор, который может рассеивать около 5 Вт мощности, будет размером с пишущую ручку, а резистор, который может рассеивать только 1/8 Вт, будет размером с рисовое зернышко. Если резистор поместить в цепь, где он должен рассеивать большую мощность, чем предполагалось, он перегреется и сломается.

На платах Real Digital используется несколько различных резисторов. Некоторые используются для ограничения тока светодиода, а некоторые используются на входах (например, цепи кнопок и переключателей) как для ограничения тока, протекающего на основной чип, так и для защиты от электростатического разряда (или электростатического разряда — подробнее об этой теме позже). . Резисторы на платах Real Digital, как и большинство резисторов, используемых в цифровых системах, физически малы, потому что они не будут подвергаться большим напряжениям или токам. Для этих меньших резисторов значение резистора в Омах напечатано микроскопическими цифрами на корпусе резистора, невидимыми невооруженным глазом.

Рис. 2. Резисторы для поверхностного монтажа Рис. 3. Резисторы для сквозного монтажа

В некоторых старых или более дешевых печатных платах используются компоненты

для сквозного монтажа вместо меньших (и более дешевых) компонентов для поверхностного монтажа . Резисторы со сквозным отверстием имеют длину около 5 мм и ширину 2 мм, обычно они коричневого или синего цвета с цветными полосами на корпусе (цветные полосы кодируют значение сопротивления). На принципиальных схемах и в списках деталей резисторы обычно обозначаются ссылочными обозначениями, начинающимися с буквы R. Вы можете увидеть несколько прямоугольных белых прямоугольников с R N на доске Real Digital шелкография. На принципиальных схемах резистор показан зубчатой ​​линией.

Конденсаторы

Конденсатор представляет собой двухполюсное устройство, способное накапливать электрическую энергию в автономном электрическом поле.

Конденсаторы представляют собой небольшие локальные резервуары для хранения электроэнергии, и они часто используются в качестве распределенных накопительных элементов, обеспечивающих мгновенную подачу электроэнергии в локальные цепи. Напряжение на конденсаторе пропорционально количеству заряда, который он хранит: чем больше заряда добавляется к конденсатору заданного размера, тем больше напряжение на конденсаторе. Невозможно мгновенно изменить количество заряда, хранящегося в конденсаторе, точно так же, как невозможно мгновенно изменить количество воды, хранящейся в ведре. Но чем больше ток течет к (или от) конденсатору заданного размера, тем быстрее будет меняться напряжение на конденсаторе. Ток, который течет в конденсатор (или из него) в любой данной цепи, определяется величиной сопротивления между конденсатором и источником электрического заряда. Скоростью изменения напряжения на заданном сигнале можно управлять, поместив резистор и конденсатор на сигнал таким образом, чтобы напряжение на конденсаторе могло изменяться только за счет тока, протекающего через резистор (и, таким образом, чем больше резистор, тем медленнее будет изменяться напряжение).

). Это свойство ограничения скорости изменения данного сигнала известно как фильтрация. Именно это свойство делает конденсаторы полезными в платах Real Digital и во многих других приложениях.

Рис. 4. Схематическое обозначение конденсатора

Емкость измеряется в фарадах. Конденсатор в один фарад может хранить один кулон заряда при одном вольте. Для небольших инженерных разработок (т. е. портативных или настольных устройств) конденсатор в один фарад хранит слишком много заряда, чтобы его можно было использовать в обычном режиме (это было бы похоже на автомобиль с бензобаком на 1000 галлонов). Более полезные конденсаторы измеряются в микрофарадах (мкФ) или пикофарадах (пФ). Термины «миллифарад» и «нанофарад» используются редко. На больших конденсаторах часто прямо напечатано их значение, например, «10 мкФ» (для 10 микрофарад). На меньших конденсаторах, выглядящих как небольшие блоки, диски или пластины, их номиналы часто напечатаны на них в закодированном виде (аналогично резисторные блоки обсуждались выше).

4 или 100000 пФ). Иногда на конденсаторе отображается только двузначное число, и в этом случае это число представляет собой просто значение конденсатора в пФ. полный, если конденсатор показывает трехзначное число, а третья цифра 8 или 9, то первые две цифры умножаются на 0,01 и 0,1 соответственно). Часто к значению емкости добавляется одна буква — эта буква указывает на качество конденсатора.

Конденсаторы используются на платах Real Digital для поддержания стабильного напряжения и некоторых сигналов независимо от активности схемы, а также для накопления заряда при активации входов, чтобы замедлить время их установления. Большинство конденсаторов на платах Real Digital используются для «развязки» интегральных схем от источника питания. Эти «шунтирующие» конденсаторы размещаются на плате очень близко к контактам Vdd всех микросхем, где они могут питать короткое замыкание. срок потребности в электрическом токе чипов. Без таких шунтирующих конденсаторов отдельные микросхемы могут вызвать внезапное падение напряжения Vdd на всей плате Real Digital во время сильного потребления тока (это состояние часто называют «отключением»).

Почти каждый чип в любой цифровой системе использует блокировочные конденсаторы. Емкость шунтирующего конденсатора можно определить, если известны требования к наихудшему току, но чаще конденсаторы в диапазоне от 0,001 мкФ до 0,047 мкФ используются без учета фактических требований к току. Платы Real Digital также используют объемные шунтирующие конденсаторы рядом с источниками питания и вокруг платы, чтобы обеспечить дополнительный запас заряда для всей печатной платы. Эти более крупные конденсаторы (обычно от 10 мкФ до 100 мкФ) могут питать меньшие отдельные шунтирующие конденсаторы в случае крайней необходимости.

В зависимости от размера конденсатора на трафаретной печати печатной платы будет отображаться либо круг, либо прямоугольник, указывающий расположение конденсатора (обычно маленькие конденсаторы изображаются прямоугольниками, а конденсаторы большего размера — кружками). Некоторые конденсаторы поляризованы, что означает, что они должны быть размещены на печатной плате в определенной ориентации (так, чтобы напряжение на одной клемме никогда не было ниже, чем на другой).