Kaskáda společných emitorů

Když je bipolární tranzistor zapnut v obvodu se společným emitorem (CE), vstupní signál je přiveden na bázi vzhledem k emitoru a výstupní signál je odebírán z kolektoru vzhledem k emitoru. V tomto případě je výstupní signál invertován vzhledem ke vstupu (u harmonického signálu s nepříliš vysokou frekvencí je fáze výstupního signálu posunuta vůči vstupu o 180°, u vysokých frekvencí se fázový posun liší od 180° ° kvůli setrvačnosti tranzistoru).

Toto zahrnutí tranzistoru vám umožní získat největší výkonový zisk , protože proud i napětí jsou zesíleny.

Obecný popis zařazení tranzistoru podle obvodu OE

Bipolární tranzistory, na rozdíl od tranzistorů s efektem pole, jsou zařízení řízená proudem báze. Napětí na přímo předpjatém přechodu báze-emitor zůstává téměř konstantní a závisí na materiálu polovodiče, pro germanium asi 0,2 V, pro křemík asi 0,65 V, ale řídicí napětí je přivedeno na samotnou kaskádu .

Proud báze, kolektoru a emitoru a další proudy a napětí na elektrodách tranzistoru lze vypočítat pomocí Ohmova zákona a Kirchhoffových pravidel pro rozvětvený vícesmyčkový obvod.

Proudy v tranzistoru jsou spojeny následujícími vztahy:

podle Kirchhoffova pravidla pro uzly je algebraický součet všech tří proudů ( je emitorový proud, kolektorový proud a základní proud) roven nule: ${\displaystyle I_{e},\ I_{c},\ I_{b))$

\sum _{k=1}^{3}I_{k}=0,

I_{c}=I_{b}\cdot \beta ,

I_{e}=I_{c}+I_{b}=I_{b}\cdot (\beta +1),

kde je proudové zesílení tranzistoru v obvodu se společným emitorem nebo koeficient přenosu proudu báze-kolektor;

\beta =\alpha /(1-\alpha )

\alpha =I_{c}/I_{e}

je koeficient přenosu proudu emitoru nebo koeficient přenosu proudu emitor-kolektor.

Aktuální zisk : $K_{I}$

K_{I}=I_{out}/I_{in}=I_{c}/I_{b}=I_{c}/(I_{e}-I_{c})=\alpha /(1 -\alpha )=\beta ,\ \ \beta \gg 1.

Vstupní impedance : $R_{{in}}$

R_{in}=U_{in}/I_{in}=U_{be}/I_{b}.

Nejjednodušší zesilovací stupeň se společným emitorem

Obrázek 1 ukazuje nejjednodušší stupeň se společným emitorem a jeho připojení ke zdrojům signálu, napájení a zátěže.

Kaskáda se skládá z:

tranzistor ; $VT1$
základní rezistor , který nastavuje počáteční DC předpětí tranzistoru; ${\displaystyle R_{b))$
rezistor , který převádí změnu kolektorového proudu na synchronně se měnící napětí na kolektoru a také nastavuje polohu počátečního pracovního bodu pro proud. $R_{c}$

Pro eliminaci konstantní složky vstupního signálu je zdroj signálu připojen ke vstupu kaskády přes oddělovací kondenzátor . Za stejným účelem je výstup kaskády připojen k zátěži přes kondenzátor . Protože kondenzátory zavádějí další reaktanci do vstupních a výstupních obvodů , snižují přenosový koeficient kaskády při nízkých frekvencích, ale volbou dostatečně velkých hodnot jejich kapacit lze tento pokles snížit. $C_{P1}$ $R_{H}$ $C_{P2}$

Zatížení kaskády, znázorněné na schématu jako rezistor , může představovat různá zařízení nebo obvody, například elektrodynamický reproduktor , nějaký indikátor, vstup dalšího zesilovacího stupně atd. $R_{H}$

Režim provozu kaskády

V aktivním zesilovacím režimu je tranzistor otevřený, napětí na jeho kolektoru, při absenci vstupního signálu, pro rozšíření dynamického rozsahu, je přibližně poloviční než napájecí napětí - poloha počátečního pracovního bodu, nastavená základnou proud protékající rezistorem . $VT1$ $E_{P}$ ${\displaystyle R_{b))$

Konstantní napětí na bázi vůči emitoru ze vstupního signálu se mění jen málo a je přibližně 0,2 V pro germanium a 0,65 V pro křemíkové tranzistory. Přibližná stálost napětí se vysvětluje tím, že jeho závislost na proudu báze je logaritmická. $U_{{be}}$ $U_{{be}}$

S ohledem na to je v režimu konstantní napětí na kolektoru zcela určeno proudem tekoucím do báze přes odpor : $R_{c}$ ${\displaystyle R_{b))$

{\displaystyle U_{c}=E_{P}-I_{c}R_{c}=E_{P}-\beta I_{b}R_{c))

=E_{P}-\beta R_{c}{\frac {E_{P}-U_{be}}{R_{b}}},

kde je proudové zesílení tranzistoru v obvodu se společným emitorem.

\beta

VT1

Aby bylo možné získat napětí na kolektoru v klidovém režimu při dané hodnotě , je nutné nastavit odpor v základním obvodu rovný: $Vidíš}$ $R_{c}$ ${\displaystyle R_{b))$

R_{b}=\beta R_{c}{\frac {E_{P}-U_{be}}{E_{P}-U_{c}}}.

Vstupní a výstupní odpory kaskády

Vstupní a výstupní odpory kaskády jsou stejné: $R_{{in}}$ $R_{{out}}$

R_{in}=R_{b}||r_{b}={\frac {R_{b}r_{b}}{R_{b}+r_{b}}},

R_{out}=R_{c}||r_{c}={\frac {R_{c}r_{c}}{R_{c}+r_{c}}},

kde a jsou vnitřní odpory báze a kolektoru tranzistoru, resp. Symbol je zkrácen pro paralelní zapojení odporů.

r_{b}

r_{c}

||

Zesílení signálu

Zdrojový signál vstupuje na vstup stupně přes sériově zapojený vnitřní odpor zdroje a vstupní odpor stupně , což způsobuje vstupní proud: $U_{G}$ $R_{G}$ $R_{{in}}$

I_{b}^{\sim }={\frac {U_{G}}{R_{G}+R_{in}}}.

Vzhledem k tomu, že zatížení střídavým proudem v kolektorovém obvodu je odpor, máme:

R_{H}^{'}=R_{H}||R_{out}={\frac {R_{H}R_{out}}{R_{H}+R_{out}}},

Výstupní napětí stupně lze zapsat jako:

U_{out}=I_{c}^{\sim }R_{H}^{'}=\beta I_{b}^{\sim }R_{H}^{'}={\frac { \beta U_{G}R_{H}^{'}}{R_{G}+R_{in}}},

a napěťový zisk : $K_{U}$

K_{U}={\frac {U_{out}}{U_{G}}}={\frac {\beta R_{H}^{'}}{R_{G}+R_{in}}}} .

Výhody kaskády s OE

Velký proudový zisk.
Velké napěťové zesílení.
Největší výkonový zisk ze všech stupňů.
Pro napájení stačí jeden napájecí zdroj.

Nedostatky

Užší frekvenční rozsah ve srovnání s obvody se společnou bází nebo společným kolektorem v důsledku vlivu kapacitance kolektoru a báze způsobující Millerův jev .
Výstupní střídavé napětí je invertováno vzhledem ke vstupu.

Klíčový režim kaskády je se společným emitorem

Při posunutí pracovního bodu do jednoho ze dvou krajních stavů na průtokové charakteristice - buď do režimu cutoff kolektorového proudu, nebo do režimu saturace tranzistoru, získá kaskáda s OE klíčové vlastnosti a má dva stavy. Kaskáda zároveň pracuje v režimu klíče, jako relé (stavy sepnuto, rozepnuto) a používá se jako logický invertor v logických prvcích , ovládání elektromagnetických relé , žárovek atd. Stejně jako skupiny kontaktů relé, kaskády tlačítek lze formálně považovat za normálně zavřený (otevřený) a normálně otevřený (zavřený), to je určeno polohou pracovního bodu - cutoff nebo saturace.

Viz také

Odkazy

Tranzistorové zesilovače
Bipolární tranzistory	společný emitor se společným rozdělovačem se společnou základnou
FET	se společným odtokem se společným zdrojem se společnou bránou
Tranzistorové stupně	Darlingtonův pár ("kompozitní" tranzistor) Dvojice Shiklai Diferenciální kaskáda Cascode zesilovač