Ripetitore dell'emettitore a transistor: principio di funzionamento

La storia dei transistor inizia nella metà del 20 ° secolo, quando nel 1956 tre fisici americani - D. Bardin, U. Brattein, V. Shockley, ricevettero il Premio Nobel "Per la ricerca dei semiconduttori e la scoperta dell'effetto transistor".

Radio ingegneria, iniziando a lavorare nel suo campo, a volte è difficile capire i circuiti elettronici e lo scopo di uno o l'altro dei suoi componenti. Per fare questo, ci sono alcuni sviluppi - schemi elettrici già inventati per transistor e altri elementi con determinate proprietà da cui è possibile realizzare vari dispositivi. Uno di questi "mattoni" nella costruzione di circuiti elettronici è un seguace di emettitore su un transistor.

Schema di cablaggio dei transistor

Esistono tre tipi di transistor bipolari: con base comune (OB), emettitore comune (OE) e collettore comune (OK).

La connessione più comune (OE), perché fornisce un grande guadagno in tensione e corrente. Una delle caratteristiche di questa connessione è l'inversione della tensione di ingresso a 180 ⁰ . Lo svantaggio della connessione è un piccolo input (centinaia di ohm) e una grande uscita (decine di ohm) di resistenza.

Quando viene applicata la tensione di ingresso, il transistor si apre e la corrente passa attraverso la base all'emettitore e la corrente del collettore aumenta. La corrente dell'emettitore viene sommata dalla corrente di base e dalla corrente del collettore: AND _E = AND _B + AND _K

Nel circuito del collettore, sul resistore _, appare una tensione molto più alta di quella del segnale di ingresso, che porta ad un aumento della tensione di uscita e, di conseguenza, della corrente.

L'inclusione del transistor secondo lo schema (ON) dà il guadagno di tensione e consente di lavorare con una gamma di frequenze più ampia rispetto allo schema con (OE), quindi è spesso usato su amplificatori di antenna. Questo schema consente di sfruttare appieno la capacità del transistor di amplificare le alte frequenze di un segnale (caratteristiche di frequenza). Maggiore è la frequenza del segnale amplificato, minore è il guadagno di tensione. Questa cascata ha una piccola impedenza di ingresso e uscita.

L'inclusione del transistor con (OK) fornisce il guadagno di corrente ed è spesso usato come adattatore tra l'alimentazione ad alta resistenza e il carico a bassa impedenza. Inoltre, questa inclusione può essere utilizzata per far corrispondere vari circuiti in cascata, ma non modifica la polarità del segnale di ingresso.

Concetti generali sul ripetitore

Il ripetitore dell'emettitore è ripetitore di segnale la corrente in cui si verifica l'inclusione del transistor secondo lo schema (OK). Il guadagno di tensione del segnale è praticamente uguale a uno, la tensione dell'emettitore è uguale al segnale di ingresso, quindi il circuito è chiamato follower dell'emettitore. Il principio di funzionamento del dispositivo sarà discusso di seguito.

Nonostante il fatto che un follower di emettitore abbia un rapporto di trasmissione di tensione di uno, può essere classificato come un amplificatore, poiché dà un guadagno in corrente e quindi in potenza: AND _Е = (β +1) x AND _B , dove AND _Е - corrente dell'emettitore e corrente base _B.

Con bassa resistenza alimentazione il collettore del transistor è collegato al bus comune e il resistore da cui viene tolta la tensione di uscita è collegato al circuito dell'emettitore. Collegare l'ingresso e l'uscita a circuiti esterni usando i condensatori C ₁ e C ₂ . Con un piccolo fattore di aumento della tensione, il fattore di aumento corrente raggiunge il suo picco nella modalità di cortocircuito dei terminali in uscita.

Principio di funzionamento

Il carico del circuito a cascata del ripetitore è un resistore sull'emettitore Р Е. Il segnale di ingresso viene alimentato attraverso il primo condensatore C ₁ e la rimozione del segnale di uscita avviene attraverso il secondo condensatore C ₂ .

Il follower dell'emettitore ha un ingresso molto piccolo e un'impedenza di uscita elevata. a corrente alternata, quando una semionda di una tensione alternata positiva passa attraverso un transistor di tipo pnp, si apre più forte e si verifica un aumento di corrente, con una semionda negativa - viceversa. Di conseguenza, la tensione CA in uscita ha la stessa fase con l'ingresso ed è la tensione di retroazione. La tensione di uscita è diretta verso l'ingresso ed è collegata in serie, quindi il follower dell'emettitore utilizza un feedback negativo consistente. La tensione di uscita è inferiore alla tensione di ingresso di una piccola quantità (la tensione base-emettitore è di circa 0,6 V).

Come fare uno schema di calcolo

I dati iniziali per effettuare il calcolo del follower dell'emettitore sono la corrente del collettore (I _K ) e la tensione di alimentazione (V I):

• La tensione dell'emettitore (U _E ) deve corrispondere a: Y _Е = 0,5 x U _ВХ (per fornire l'intervallo massimo per la tensione di uscita).
• Ora è necessario fare un calcolo della resistenza del resistore sull'emettitore: Р _Е = У _Е / И _К.
• La resistenza del partitore di resistenza è calcolata: P ₁ -P ₂ (selezioniamo la resistenza in modo che la corrente sul partitore sia circa 10 volte inferiore alla corrente sulla base): E _D = 0,1 x I _K / β, dove β è il fattore di guadagno corrente transistor. Resistenza Р ₁ + Р ₂ = У _ВХ / И _Д.
• Calcoliamo la tensione della base rispetto al suolo: У _Б = У _Е + 0,7.

Caratteristiche distintive

Il ripetitore di emettitore ha una caratteristica interessante: la corrente del collettore dipende solo dalla resistenza di carico e dalla tensione di ingresso e i parametri del transistor non giocano un ruolo significativo. Si ritiene che tali schemi abbiano un feedback di tensione del 100%. Non puoi avere paura di bruciare il transistor, applicando energia alla base senza un resistore limitante.

Il funzionamento dell'emettitore follower si basa su un'impedenza di ingresso elevata, che consente di collegarvi una sorgente di segnale con un'impedenza complessa di grandi dimensioni (ad esempio, un pickup nella radio). Amplificatore di potenza

Molto spesso, un ripetitore di emettitore viene utilizzato come amplificatore di potenza negli stadi di uscita degli amplificatori. Il compito principale di tali nodi è trasferire una determinata potenza al carico. Il parametro più importante impostato nei calcoli di potenza dell'amplificatore è il guadagno di potenza , la distorsione della trasmissione del segnale e l'efficienza (il suo aumento è necessario a causa del consumo della maggior parte della potenza di alimentazione dell'amplificatore di uscita) . Il guadagno di tensione non è il parametro principale e solitamente si avvicina all'unità.

Esistono diversi modi per lavorare su tale stadio amplificatore, a seconda della posizione del punto operativo sul grafico delle caratteristiche e, di conseguenza, con diversa efficienza e caratteristiche del segnale di uscita.

Modalità di funzionamento

Nei casi considerati dell'operazione di follower dell'emettitore, la giunzione del collettore verrà spostata indietro e la modalità operativa dipenderà dalla giunzione dell'emettitore:

1. Nel primo caso, l'offset della giunzione dell'emettitore avviene in modo tale che il transistor non si muova stabilmente in modalità di saturazione e il ripetitore funzioni sulla porzione diretta del grafico delle caratteristiche di trasferimento (le tensioni Y _K e Y _{E sono le} stesse). La tensione di uscita massima è inferiore alla tensione di ingresso. L'efficienza è pari al rapporto tra la potenza fornita al carico e la potenza dall'alimentazione e raggiunge un massimo (25%) alla massima ampiezza della tensione di uscita. Al fine di evitare una discrepanza tra l'uscita e il segnale di ingresso, l'ampiezza della tensione di uscita deve essere ridotta, di conseguenza anche l'efficienza diminuisce. La bassa efficienza in questa modalità di funzionamento del ripetitore è dovuta all'indipendenza della corrente che passa attraverso il transistor, dalla tensione di alimentazione e la potenza che viene consumata dalla fonte di alimentazione è un valore costante. In assenza di un segnale di ingresso, la potenza dissipata dal transistor è massima. Pertanto, in questa modalità, il follower dell'emettitore non viene utilizzato come amplificatore di potenza, ma piuttosto come trasmettitore di un segnale leggermente distorto.
2. Un'altra modalità operativa dello stadio amplificatore, in cui lo spostamento della giunzione dell'emettitore porta il punto operativo del transistor al confine della regione di bloccaggio. Se accettiamo la tensione dell'emettitore (U _E = 0) e il segnale di ingresso non viene ricevuto, la giunzione dell'emettitore è polarizzata inversamente e il transistor si trova nello stato chiuso. Di conseguenza, ridotto consumo energetico. Quando si passa dalla sorgente di potenza della semionda positiva, il transistor è sbloccato (la giunzione dell'emettitore si apre) e quella negativa lo blocca (non c'è segnale in uscita). Il secondo caso dello stadio amplificatore risolve il problema con un aumento dell'efficienza dell'amplificatore, perché non c'è corrente sul transistor se non c'è tensione di alimentazione. Ma c'è un inconveniente: una forte distorsione del segnale di uscita.

Circuito push-pull

Un follower di emulazione push-pull consente l'amplificazione di corrente nei range positivo e negativo. Per ottenere un segnale di uscita bipolare, è possibile utilizzare un follower di emettitore complementare. In linea di massima, il circuito push-pull è costituito da due ripetitori, ognuno dei quali amplifica un segnale in semionda positiva o negativa. Il circuito consiste di due tipi di transistor bipolari (con transizioni PNP e PNP).

Il principio di funzionamento del regime complementare

Quando la potenza in ingresso è assente, entrambi i transistor sono spenti, a causa dell'assenza di tensione alla giunzione dell'emettitore. Con il passaggio della semionda di polarità positiva, avviene l'apertura del transistor npn, analogamente, il passaggio della semionda negativa provoca l'apertura del transistor pnp.

Un potente follower di emettitori ha un calcolo dell'efficienza (K = Pi / 4 x Y _OUT / U _K ), dove U _o è l'ampiezza del segnale di uscita; _K - tensione alla giunzione del collettore.

Dalla formula si può vedere che K aumenta con l'aumentare dell'ampiezza di _{O O} e diventa massimo, con U _O = A _K (K = Pi / 4 = 0.785).

Questo dimostra che il seguace dell'emettitore sullo schema complementare ha un'efficienza significativamente più alta di un ripetitore convenzionale.

La proprietà di questo schema è la distorsione non lineare (transitoria) di grandi dimensioni. Si manifestano in misura maggiore rispetto alla minore tensione di ingresso (V _B ).

Calcolo dell'amplificatore push-pull

Poiché abbiamo bisogno di un follower di emettitore per ottenere un guadagno in potenza, i dati sorgente per effettuare il calcolo di un follower di emettitore saranno: resistenza di carico (RN), potenza di carico ( _RN ). Per ridurre il disallineamento dell'uscita e del segnale di ingresso, la tensione di alimentazione dovrebbe essere superiore di 5 V rispetto all'ampiezza della tensione di uscita.

Formule per il calcolo dello stadio amplificatore:

• Tensione di uscita: _{O OUT} = radice quadrata (2P _N P _N ).
• Tensione di alimentazione: _VX = V _E + 5.
• Corrente di uscita: E _Е = У _Е / Р _Н.
  
• Potenza prelevata dalla fonte di alimentazione: P ₊ + P _- = 2 / Pi × U _E / P _N × U _K.
• La massima dissipazione di potenza su ciascuno dei transistor: П ₁ = П ₂ = У _К ² / Пи ² Р _Н.
  

Distorsione della tensione di uscita ridotta

Il follower dell'emettitore push-pull, il cui principio di funzionamento è descritto sopra, può essere ulteriormente migliorato riducendo la distorsione transitoria del segnale di uscita nel suo circuito.

Per ridurre la distorsione di tensione all'uscita della cascata può essere applicato alla base dei transistor di tensione, polarizzare la caratteristica di uscita.

Diodi o transistor sono usati per bias, che alimentano un segnale alle basi dei transistor di lavoro del ripetitore.

Circuito diodo

Alle transizioni di emettitore dei transistor T ₁ e T ₂ appare sfalsato a causa dei diodi D ₁ e D ₂ collegati tra le basi dei transistori. Quando la tensione di ingresso è zero, i transistor sono attivi. Quando la polarità di tensione è positiva, il transistore T _{2 è} bloccato e con una polarità di tensione negativa, il transistore T _{1 è} bloccato. Quando il segnale di ingresso è zero, uno dei transistor è attivo, quindi il circuito a diodi fornisce una caratteristica di uscita molto vicina a quella lineare. Invece dei diodi, è possibile utilizzare transistor con giunzione a collettore smistata.

Amplificatore di potenza con ripetitori aggiuntivi di emettitore

Un altro schema che riduce la distorsione del segnale di uscita, il cui ingresso include due transistor.

In questo circuito, all'ingresso sono posizionati due ripetitori sul transistor, che creano un offset di tensione per le transizioni di emettitore di due transistor di uscita. Un vantaggio significativo di questa inclusione sarà una maggiore resistenza all'ingresso della cascata. Le correnti di emettitore delle correnti di ingresso e di base dei transistor di uscita, impostano i primi due resistori _. I secondi due resistori sono inclusi nel circuito di retroazione per i transistor di uscita.

Questa opzione di connessione è un amplificatore buffer a guadagno singolo.

Transistor compositi

Ora i transistor sono prodotti come una cascata separata di due transistor in un unico pacchetto (circuito Darlington). Sono utilizzati nei chip negli amplificatori su componenti discreti. La sostituzione di un transistor convenzionale con un integrale aumenta l'ingresso e diminuisce l'impedenza di uscita del circuito.