Het OE-circuit heeft de hoogste vermogensversterking en blijft daarom de meest gebruikelijke oplossing voor hoogfrequente versterkers, GPS-systemen, GSM, WiFi. Momenteel wordt het meestal gebruikt in de vorm van kant-en-klare geïntegreerde schakelingen (MAXIM, VISHAY, RF Micro Devices), maar zonder de basisprincipes van de werking ervan te kennen, is het bijna onmogelijk om de parameters te verkrijgen die in de beschrijving van de microschakeling worden gegeven. Dat is de reden waarom bij het aannemen en zoeken naar werknemers de belangrijkste vereiste kennis is van de werkingsprincipes van versterkers met OE.

Versterker, wat deze ook mag zijn (audioversterker, buizen versterker of radiofrequentieversterker) is een netwerk met vier terminals waarin twee terminals worden ingevoerd en twee terminals worden uitgevoerd. Blokdiagram het inschakelen van de versterker wordt getoond in Figuur 1.

Het hoofdversterkingselement, de transistor, heeft slechts drie aansluitingen, dus één van de transistoraansluitingen moet tegelijkertijd worden gebruikt om een ​​signaalbron aan te sluiten (als ingangsaansluiting) en om een ​​belasting aan te sluiten (als uitgangsaansluiting). Een gemeenschappelijk emittercircuit is een versterker waarbij de emitter van de transistor wordt gebruikt om zowel het ingangssignaal als de belasting aan te sluiten. Functioneel diagram Een versterker met een transistor aangesloten volgens een gemeenschappelijk emittercircuit wordt getoond in figuur 2.

In dit diagram toont de stippellijn de grenzen van de versterker zoals weergegeven in figuur 1. De transistorstroomcircuits worden niet weergegeven. Momenteel wordt het gemeenschappelijke emittercircuit praktisch niet gebruikt audioversterkers echter in versterkercircuits TV-signaal GSM-versterkers of andere hoogfrequente versterkers vindt een brede toepassing. Je kunt twee voedingen gebruiken om een ​​transistor in een gemeenschappelijk emittercircuit van stroom te voorzien, maar hiervoor zijn twee spanningsregelaars nodig. Bij apparatuur op batterijen kan dit problematisch zijn, daarom wordt meestal één enkele stroombron gebruikt. Om een ​​versterker met een gemeenschappelijke zender van stroom te voorzien, kan elk van de circuits die we hebben overwogen geschikt zijn:

• emitter-gestabiliseerd circuit.

Laten we eens kijken naar een voorbeeld van een versterkercircuit met een gemeenschappelijke emitter en emitterstabilisatie van de bedrijfsmodus van de transistor. Figuur 3 toont een cascade op basis van een bipolaire NPN-transistor, ontworpen om audiofrequenties te versterken.

De berekening van de elementen van dit circuit voor gelijkstroom is te vinden in het artikel. Nu zullen we geïnteresseerd zijn in de parameters die zijn samengesteld volgens een circuit met een gemeenschappelijke emitter. Het is het meest belangrijke kenmerken is de ingangs- en uitgangsimpedantie en vermogensversterking. Kortom, deze kenmerken worden bepaald door de parameters van de transistor.

Gemeenschappelijke emitteringangsimpedantie

In een gemeenschappelijk emittercircuit is de ingangsweerstand van de transistor gelijk aan: R de ingang OE kan worden bepaald door zijn ingangskarakteristiek. Deze karakteristiek valt samen met de stroom-spanning p-n karakteristiek overgang. Een voorbeeld van de ingangskarakteristiek van een siliciumtransistor (spanningsafhankelijkheid U b van de basisstroom I b) wordt weergegeven in Figuur 4.

Zoals uit deze figuur blijkt, is de ingangsweerstand van de transistor R IOE is afhankelijk van de basisstroom I b0 en wordt bepaald door de volgende formule:

Hoe Δ te bepalen U b0 en Δ I b0 in de buurt van het werkpunt van de transistor in een circuit met een gemeenschappelijke emitter wordt getoond in figuur 5.

Het bepalen van de weerstand met behulp van formule (1) is het meest op een exacte manier bepaling van de ingangsweerstand. Bij het berekenen van een versterker hebben we echter niet altijd de transistoren bij de hand die we gaan gebruiken, dus het zou leuk zijn om de ingangsweerstand op een analytische manier te kunnen berekenen. De stroom-spanningskarakteristiek van een pn-overgang wordt goed benaderd door een exponentiële functie.

Waar I b - basisstroom op het werkpunt;
U bе is de basisspanning op het werkpunt;
I s is de tegenstroom van de emitter-basisovergang;
— temperatuurpotentieel;
k— Boltzmann-constante;
Q— elektronenlading;
T— temperatuur uitgedrukt in graden Kelvin.

In deze uitdrukking is de coëfficiënt die de exponent normaliseert de stroom I s, dus hoe nauwkeuriger het wordt bepaald, hoe beter de overeenkomst tussen de werkelijke en geschatte ingangskarakteristieken van de transistor zal zijn. Als we de eenheid in uitdrukking (2) verwaarlozen, kan de spanning aan de basis van de transistor worden berekend met behulp van de volgende formule:

Uit uitdrukking (1) blijkt duidelijk dat de ingangsweerstand de afgeleide is van de spanning aan de basis van de transistor ten opzichte van de stroom. Laten we uitdrukking (3) differentiëren, waarna de ingangsweerstand van een circuit met een gemeenschappelijke emitter kan worden bepaald met de volgende formule:

Het schema is echter reëel ingangskenmerken een transistor aangesloten in een gemeenschappelijke emitterschakeling verschilt van de exponentiële functie. Dit komt door het feit dat de ohmse weerstand van de halfgeleider in de basis van de transistor niet nul is, en daarom zal bij hoge basisstromen van de transistor in een circuit met een gemeenschappelijke emitter de ingangsweerstand ervan neigen naar de ohmse weerstand van de basis-rbb".

De ingangsstroom van een gemeenschappelijke emitterschakeling vloeit niet alleen door de ingangsweerstand van de transistor, maar ook door alle weerstanden van de spanningsvormende circuits aan de basis van de transistor. Daarom wordt de ingangsweerstand van een gemeenschappelijk emittercircuit gedefinieerd als een parallelle verbinding van al deze weerstanden. De ingangsstroompaden voor een gemeenschappelijk emittercircuit worden getoond in Figuur 6.

Het is veel eenvoudiger om dit circuit te analyseren met behulp van het equivalente circuit van het ingangscircuit, waarbij alleen die circuits worden getoond waardoor de ingangsstroom van de signaalbron vloeit. Het equivalente ingangscircuit van een gemeenschappelijk emittercircuit wordt getoond in figuur 7.

Dit circuit is gebouwd voor middenfrequenties met behulp van een transistorequivalentcircuit. Bij middenfrequenties heeft de ingangscapaciteit van de transistor geen effect, dus we geven deze niet weer op het equivalente circuit. De weerstand van condensator C3 bij middenfrequenties is bijna nul, dus er zijn geen R4C3-elementen in het circuit. Elementen R uit en H 21× i ingangen hebben geen invloed op het ingangscircuit en worden in het diagram weergegeven om de versterkende eigenschappen van de transistor weer te geven.

Ten slotte kunnen we de formule opschrijven voor de ingangsimpedantie van een gemeenschappelijk emittercircuit:

Na het vervaardigen van een versterker die is berekend met behulp van de bovenstaande methoden, is het noodzakelijk om de ingangsweerstand van het circuit te meten met een gemeenschappelijke emitter. Om de ingangsweerstand te meten, gebruikt u het circuit voor het meten van de ingangsweerstand van de versterker, weergegeven in Figuur 8. In dit circuit worden een wisselspanningsmeetgenerator en twee hoogfrequente voltmeters gebruikt om de ingangsweerstand te meten. AC(u kunt er één gebruiken en twee metingen uitvoeren).

In het geval dat de weerstand R en zal gelijk zijn aan de ingangsweerstand van de versterker, de spanning die de AC-voltmeter V2 zal weergeven zal de helft zijn van de spanning V1. Als het niet mogelijk is om de weerstand te veranderen R en bij het meten van de ingangsimpedantie kan de ingangsimpedantie van de versterker worden berekend met behulp van de volgende formule:

Uitgangsimpedantie van een gemeenschappelijk emittercircuit

Uitgangsimpedantie transistor hangt af van ontwerpkenmerken transistor, de dikte van de basis, de volumetrische weerstand van de collector. De uitgangsweerstand van een transistor die is aangesloten in een gemeenschappelijke emitterschakeling kan worden bepaald uit de uitgangskarakteristieken van de transistor. Een voorbeeld van de uitgangskarakteristieken van een transistor wordt getoond in Figuur 9.

Helaas, in de kenmerken moderne transistoren outputkarakteristieken worden meestal niet gegeven. Dit komt door het feit dat hun uitgangsweerstand vrij hoog is en dat de uitgangsweerstand van een transistortrap met een gemeenschappelijke emitter wordt bepaald door de belastingsweerstand. In het circuit getoond in Figuur 6 is dit de weerstand van weerstand R3.

Datum laatste update dossier 31/05/2018

Literatuur:

Lees samen met het artikel "Common-emitter circuit (common-emitter cascade)":

http://site/Sxemoteh/ShTrzKask/KollStab/

http://site/Sxemoteh/ShTrzKask/EmitStab/

Het heet een transistor halfgeleider apparaat, die elektrische signalen kan versterken, omzetten en genereren. De eerste functionele bipolaire transistor werd uitgevonden in 1947. Het materiaal voor de vervaardiging ervan was germanium. En al in 1956 werd de siliciumtransistor geboren.

Een bipolaire transistor gebruikt twee soorten ladingsdragers: elektronen en gaten. Daarom worden dergelijke transistors bipolair genoemd. Naast bipolaire zijn er unipolaire (veldeffect) transistors, die slechts één type drager gebruiken: elektronen of gaten. Dit artikel zal bespreken.

Meerderheid silicium transistors hebben een n-p-n-structuur, wat ook wordt verklaard door productietechnologie, hoewel er ook siliciumtransistors zijn p-n-p-type, maar er zijn er iets minder dan n-p-n-structuren. Dergelijke transistoren worden gebruikt als onderdeel van complementaire paren (transistoren met verschillende geleidbaarheid met hetzelfde elektrische parameters). Bijvoorbeeld KT315 en KT361, KT815 en KT814, en in de eindtrappen van transistor UMZCH KT819 en KT818. IN geïmporteerde versterkers Het krachtige complementaire paar 2SA1943 en 2SC5200 wordt zeer vaak gebruikt.

Transistors met een pnp-structuur worden vaak directe geleidingstransistors en -structuren genoemd n-p-n omgekeerd. Om de een of andere reden komt deze naam bijna nooit voor in de literatuur, maar onder radio-ingenieurs en radioamateurs wordt hij overal gebruikt, iedereen begrijpt meteen waar het over gaat. waar we het over hebben. Figuur 1 toont een schematisch ontwerp van transistors en hun grafische symbolen.

Figuur 1.

Naast verschillen in type geleidbaarheid en materiaal, worden bipolaire transistors geclassificeerd op basis van vermogen en werkfrequentie. Als de vermogensdissipatie op een transistor niet groter is dan 0,3 W, wordt een dergelijke transistor als laag vermogen beschouwd. Met een vermogen van 0,3...3 W wordt de transistor een transistor met gemiddeld vermogen genoemd, en met een vermogen van meer dan 3 W wordt het vermogen als hoog beschouwd. Moderne transistors kunnen een vermogen van enkele tientallen en zelfs honderden watts dissiperen.

Transistoren versterken elektrische signalen niet even goed: naarmate de frequentie toeneemt, neemt de versterking van de transistorcascade af en bij een bepaalde frequentie stopt deze helemaal. Daarom om in te werken breed bereik frequentietransistoren zijn verkrijgbaar met verschillende frequentie-eigenschappen.

Op basis van hun werkfrequentie worden transistors onderverdeeld in laagfrequente - werkfrequentie niet meer dan 3 MHz, middenfrequentie - 3...30 MHz, hoge frequentie - meer dan 30 MHz. Als de werkfrequentie hoger is dan 300 MHz, zijn dit al ultrahoogfrequente transistors.

Over het algemeen zijn er in serieuze dikke naslagwerken meer dan 100 verschillende parameters transistors, wat ook een groot aantal modellen aangeeft. En het aantal moderne transistors is zodanig dat het niet langer mogelijk is ze volledig in een naslagwerk te plaatsen. EN modellenreeks neemt voortdurend toe, waardoor we bijna alle problemen van de ontwikkelaars kunnen oplossen.

Er zijn er veel transistorcircuits(het is voldoende om tenminste het nummer te onthouden huishoudelijke apparatuur) voor versterking en transformatie elektrische signalen, maar ondanks al hun diversiteit bestaan ​​deze circuits uit afzonderlijke cascades, waarvan de basis transistors zijn. Om de vereiste signaalversterking te bereiken, is het noodzakelijk om meerdere in serie geschakelde versterkingstrappen te gebruiken. Om te begrijpen hoe versterkertrappen werken, moet u meer vertrouwd raken met de transistorschakelcircuits.

De transistor zelf kan niets versterken. De versterkende eigenschappen liggen in het feit dat kleine veranderingen in het ingangssignaal (stroom of spanning) leiden tot aanzienlijke veranderingen in spanning of stroom aan de uitgang van de trap als gevolg van het verbruik van energie uit externe bron. Het is deze eigenschap die veel wordt gebruikt analoge circuits, - versterkers, televisie, radio, communicatie, enz.

Om de presentatie te vereenvoudigen, zullen hier circuits op basis van n-p-n-transistors worden beschouwd. Alles wat over deze transistors wordt gezegd, is eveneens van toepassing pnp-transistoren. Het is voldoende om alleen de polariteit van de voedingen te veranderen en, indien aanwezig, een werkend circuit te krijgen.

In totaal worden drie van dergelijke circuits gebruikt: een circuit met een gemeenschappelijke emitter (CE), een circuit met gemeenschappelijke verzamelaar(OK) en circuit met gemeenschappelijke basis(OVER). Al deze schema's worden getoond in figuur 2.

Figuur 2.

Maar voordat u verdergaat met het overwegen van deze circuits, moet u kennis maken met hoe een transistor werkt sleutelmodus. Deze introductie zou het begrijpelijker moeten maken in de boost-modus. In zekere zin kan het sleutelcircuit worden beschouwd als een type circuit met OE.

Transistorbedrijf in schakelmodus

Voordat we de werking van een transistor in de signaalversterkingsmodus bestuderen, is het de moeite waard eraan te denken dat transistors vaak in de schakelmodus worden gebruikt.

Deze werkingsmodus van de transistor wordt al lang overwogen. In het tijdschrift Radio van augustus 1959 werd een artikel van G. Lavrov gepubliceerd, “Halfgeleidertriode in schakelmodus.” De auteur van het artikel stelde voor om de duur van de pulsen in de stuurwikkeling (OC) te veranderen. Nu wordt deze besturingsmethode PWM genoemd en wordt vrij vaak gebruikt. Een diagram uit een tijdschrift uit die tijd wordt getoond in Figuur 3.

Figuur 3.

Maar de sleutelmodus wordt niet alleen in PWM-systemen gebruikt. Vaak zet een transistor gewoon iets aan en uit.

In dit geval kan een relais als belasting worden gebruikt: als er een ingangssignaal wordt gegeven, wordt het relais ingeschakeld, zo niet, dan wordt het relaissignaal uitgeschakeld. In plaats van relais worden in de sleutelmodus vaak gloeilampen gebruikt. Dit wordt meestal gedaan om aan te geven: het licht is aan of uit. Het diagram van zo'n sleuteltrap wordt getoond in figuur 4. Sleuteltrappen worden ook gebruikt om met LED's of optocouplers te werken.

Figuur 4.

In de figuur wordt de cascade bestuurd door een gewoon contact, hoewel er mogelijk een digitale chip is of in plaats daarvan. Een autolamp, deze wordt gebruikt om het dashboard van Zhiguli-auto's te verlichten. Houd er rekening mee dat de stuurspanning 5V is en de geschakelde collectorspanning 12V.

Er is niets vreemds aan, aangezien spanningen geen enkele rol spelen in dit circuit, alleen stromen zijn van belang. Daarom kan de gloeilamp minimaal 220 V zijn, als de transistor is ontworpen om op dergelijke spanningen te werken. De collectorbronspanning moet ook overeenkomen met de bedrijfsspanning van de belasting. Met behulp van dergelijke cascades wordt de belasting aangesloten digitale chips of microcontrollers.

In dit circuit regelt de basisstroom de collectorstroom, die vanwege de energie van de stroombron enkele tientallen of zelfs honderden keren groter is (afhankelijk van de collectorbelasting) dan de basisstroom. Het is gemakkelijk te zien dat stroomversterking optreedt. Wanneer een transistor in schakelmodus werkt, wordt meestal een waarde gebruikt om de cascade te berekenen, die in naslagwerken “current gain in mode” wordt genoemd. groot signaal", - in naslagwerken wordt dit aangegeven met de letter β. Dit is de verhouding tussen de collectorstroom, bepaald door de belasting, en de minimaal mogelijke basisstroom. In de vorm wiskundige formule het ziet er zo uit: β = Ik/Ib.

Voor de meeste moderne transistors is de coëfficiënt β in de regel vrij groot vanaf 50 en hoger, dus bij het berekenen van de sleuteltrap kan deze gelijk worden gesteld aan slechts 10. Zelfs als de basisstroom groter blijkt te zijn dan de berekende , dan zal de transistor hierdoor niet sterker openen;

Om de lamp uit Figuur 3 te laten branden, is Ib = Ik/β = 100mA/10 = 10mA, dit is het minimum. Bij een stuurspanning van 5V over de basisweerstand Rb, minus de spanningsval in sectie B-E, blijft er 5V - 0,6V = 4,4V over. De weerstand van de basisweerstand zal zijn: 4,4V / 10mA = 440 Ohm. Uit het standaardbereik wordt een weerstand met een weerstand van 430 Ohm gekozen. Een spanning van 0,6V is de spanning op de B-E-overgang, en deze mag je niet vergeten bij het berekenen!

Om ervoor te zorgen dat de basis van de transistor niet “in de lucht blijft hangen” wanneer het stuurcontact opent, wordt de B-E-overgang meestal overbrugd door een weerstand Rbe, die de transistor betrouwbaar sluit. Deze weerstand mag niet worden vergeten, hoewel deze om de een of andere reden in sommige circuits niet aanwezig is, wat kan leiden tot vals alarm cascade van interferentie. Eigenlijk wist iedereen van deze weerstand, maar om de een of andere reden vergaten ze het en stapten ze opnieuw op de "hark".

De waarde van deze weerstand moet zodanig zijn dat bij het openen van het contact de spanning aan de basis niet minder dan 0,6 V bedraagt, anders wordt de cascade oncontroleerbaar, alsof sectie B-E gewoon kortgesloten. In de praktijk wordt weerstand Rbe geïnstalleerd met een nominale waarde die ongeveer tien keer groter is dan Rb. Maar zelfs als de Rb-waarde 10K is, zal het circuit behoorlijk betrouwbaar werken: de basis- en emitterpotentialen zullen gelijk zijn, wat ertoe zal leiden dat de transistor sluit.

Zo'n sleutelcascade kan, als hij goed werkt, de lamp op volle sterkte aanzetten of helemaal uitschakelen. In dit geval kan de transistor volledig open zijn (verzadigingstoestand) of volledig gesloten (afgesneden toestand). Onmiddellijk dringt zich de conclusie op dat er tussen deze “grenstoestanden” zoiets bestaat wanneer de gloeilamp op volle sterkte schijnt. Is de transistor in dit geval half open of half gesloten? Het lijkt op het probleem van het vullen van een glas: een optimist ziet het glas als halfvol, terwijl een pessimist het als halfleeg ziet. Deze werkingsmodus van de transistor wordt versterking of lineair genoemd.

Transistorwerking in signaalversterkingsmodus

Bijna alle moderne elektronische apparatuur bestaat uit microschakelingen waarin transistors ‘verborgen’ zijn. Selecteer eenvoudig de bedrijfsmodus operationele versterker om de vereiste versterking of bandbreedte te verkrijgen. Maar desondanks worden vaak cascades op discrete ("verstrooide") transistors gebruikt, en daarom is inzicht in de werking van de versterkertrap eenvoudigweg noodzakelijk.

De meest gebruikelijke aansluiting van een transistor vergeleken met OK en OB is een gemeenschappelijk emittercircuit (CE). De reden voor deze prevalentie is in de eerste plaats hoge coëfficiënt spannings- en stroomversterking. De hoogste winst van de OE-cascade wordt bereikt wanneer de helft van de voedingsspanning Epit/2 daalt bij collectorbelasting. Dienovereenkomstig valt de tweede helft op de site K-E-transistor. Dit wordt bereikt door het opzetten van de cascade, die hieronder wordt besproken. Deze versterkingsmodus wordt klasse A genoemd.

Wanneer de OE-transistor wordt ingeschakeld, is het uitgangssignaal aan de collector uit fase met de ingang. Als nadelen kan worden opgemerkt dat de ingangsimpedantie van de OE klein is (niet meer dan een paar honderd ohm) en de uitgangsimpedantie binnen tientallen kOhm ligt.

Als de transistor in de schakelmodus wordt gekenmerkt door een stroomversterking in de grootsignaalmodus β, dan wordt in de versterkingsmodus de "stroomversterking in de kleinsignaalmodus" gebruikt, in naslagwerken aangeduid met h21e. Deze aanduiding komt van de weergave van een transistor als een netwerk met vier aansluitingen. De letter “e” geeft aan dat de metingen zijn uitgevoerd toen een transistor met een gemeenschappelijke emitter was ingeschakeld.

De coëfficiënt h21e is in de regel iets groter dan β, hoewel deze ook als eerste benadering in berekeningen kan worden gebruikt. Toch is de spreiding van parameters β en h21e zelfs voor één type transistor zo groot dat de berekeningen slechts bij benadering zijn. Na dergelijke berekeningen is in de regel configuratie van het circuit vereist.

De versterking van de transistor is afhankelijk van de dikte van de basis en kan dus niet worden gewijzigd. Vandaar de grote spreiding in de versterking van transistors die zelfs uit dezelfde doos worden gehaald (lees één batch). Voor transistors met laag vermogen varieert deze coëfficiënt van 100...1000, en voor transistors met hoog vermogen 5...200. Hoe dunnere basis, hoe hoger de coëfficiënt.

Het eenvoudigste circuit voor het inschakelen van een OE-transistor is weergegeven in figuur 5. Dit is slechts een klein stukje uit figuur 2, weergegeven in het tweede deel van het artikel. Dit type circuit wordt een stroomcircuit met een vaste basis genoemd.

Figuur 5.

Het schema is uiterst eenvoudig. Het ingangssignaal wordt via de koppelcondensator C1 naar de basis van de transistor gevoerd en, nadat het is versterkt, via de condensator C2 uit de collector van de transistor verwijderd. Het doel van condensatoren is om de ingangscircuits te beschermen tegen de constante component van het ingangssignaal (denk maar aan koolstof of electret microfoon) en zorg voor de nodige cascadebandbreedte.

Weerstand R2 is de collectorbelasting van de cascade, en R1 levert een constante voorspanning aan de basis. Met behulp van deze weerstand proberen ze ervoor te zorgen dat de spanning op de collector Epit/2 is. Deze toestand wordt het werkpunt van de transistor genoemd; in dit geval is de versterking van de cascade maximaal.

Ongeveer de weerstand van weerstand R1 kan worden bepaald met de eenvoudige formule R1 ≈ R2 * h21e / 1,5...1,8. De coëfficiënt 1,5...1,8 wordt aangepast afhankelijk van de voedingsspanning: bij lage spanning (niet meer dan 9V) is de coëfficiëntwaarde niet meer dan 1,5, en vanaf 50V benadert deze 1,8...2,0. Maar inderdaad, de formule is zo benaderend dat weerstand R1 meestal gekozen moet worden, anders zal de vereiste waarde van Epit/2 op de collector niet worden verkregen.

Collectorweerstand R2 wordt gespecificeerd als voorwaarde voor het probleem, aangezien de collectorstroom en de versterking van de cascade als geheel afhankelijk zijn van de waarde ervan: hoe groter de weerstand van weerstand R2, hoe hoger de versterking. Maar je moet voorzichtig zijn met deze weerstand; de collectorstroom moet lager zijn dan de maximaal toegestane waarde van dit type transistor.

Het circuit is heel eenvoudig, maar deze eenvoud maakt het mogelijk negatieve eigenschappen, en deze eenvoud heeft een prijs. Ten eerste hangt de versterking van de cascade af van het specifieke exemplaar van de transistor: als u de transistor tijdens reparatie hebt vervangen, selecteert u de bias opnieuw en brengt u deze naar het werkpunt.

Ten tweede op temperatuur omgeving, - bij toenemende temperatuur neemt de tegencollectorstroom Iko toe, wat leidt tot een toename van de collectorstroom. En waar blijft dan de helft van de voedingsspanning op de collector Epit/2, datzelfde werkpunt? Als gevolg hiervan warmt de transistor nog meer op, waarna deze uitvalt. Om van deze verslaving af te komen, of, volgens ten minste, reduceer het tot een minimum, in transistortrap aanvullende negatieve elementen introduceren feedback- OOC.

Figuur 6 toont een schakeling met een vaste voorspanning.

Figuur 6.

Het lijkt erop dat de spanningsdeler Rb-k, Rb-e de vereiste initiële voorspanning van de cascade zal leveren, maar in feite heeft een dergelijke cascade alle nadelen van een circuit met een vaste stroom. Het getoonde circuit is dus slechts een variatie op het vaste stroomcircuit getoond in figuur 5.

Temperatuurgestabiliseerde circuits

De situatie is iets beter bij gebruik van de circuits getoond in figuur 7.

Figuur 7.

In een collector-gestabiliseerd circuit is de voorspanningsweerstand R1 niet verbonden met de stroombron, maar met de collector van de transistor. In dit geval, als de tegenstroom toeneemt naarmate de temperatuur stijgt, gaat de transistor sterker open en neemt de spanning op de collector af. Deze reductie resulteert in een verlaging van de voorspanning die via R1 aan de basis wordt geleverd. De transistor begint te sluiten, de collectorstroom neemt af tot een acceptabele waarde en de positie van het werkpunt wordt hersteld.

Het is overduidelijk dat een dergelijke stabilisatiemaatregel tot enige vermindering van de winst van de cascade leidt, maar dat doet er niet toe. De ontbrekende versterking wordt gewoonlijk toegevoegd door het aantal versterkingstrappen te vergroten. Maar met een dergelijke milieubescherming kunt u het bereik van de bedrijfstemperaturen van de cascade aanzienlijk uitbreiden.

Het circuitontwerp van een cascade met emitterstabilisatie is iets complexer. De versterkende eigenschappen van dergelijke cascades blijven onveranderd over een nog groter temperatuurbereik dan dat van een collector-gestabiliseerd circuit. En nog een ding onmiskenbaar voordeel, - bij het vervangen van een transistor hoeft u de bedrijfsmodi van de cascade niet opnieuw te selecteren.

Emitterweerstand R4, die zorgt voor temperatuurstabilisatie, vermindert ook de cascadeversterking. Dit is voor gelijkstroom. Om de invloed van weerstand R4 op de versterking van de wisselstroom te elimineren, wordt weerstand R4 overbrugd door een condensator Ce, die voor wisselstroom een ​​onbeduidende weerstand vertegenwoordigt. De waarde ervan wordt bepaald door het frequentiebereik van de versterker. Als deze frequenties erin liggen geluidsbereik, dan kan de capaciteit van de condensator variëren van eenheden tot tientallen en zelfs honderden microfarads. Voor radiofrequenties is dit al honderdsten of duizendsten, maar in sommige gevallen werkt de schakeling prima zonder deze condensator.

Om beter te begrijpen hoe emitterstabilisatie werkt, moeten we het verbindingscircuit van een transistor met een gemeenschappelijke collector als OK beschouwen.

Een circuit met een gemeenschappelijke collector (OC) wordt getoond in figuur 8. Dit circuit is een deel van figuur 2, uit het tweede deel van het artikel, dat alle drie de circuits toont voor het aansluiten van transistors.

Figuur 8.

De belasting van de cascade is de emitterweerstand R2, het ingangssignaal wordt geleverd via condensator C1 en het uitgangssignaal wordt verwijderd via condensator C2. Hier kunt u zich afvragen waarom dit schema OK wordt genoemd? Als je je het OE-circuit herinnert, kun je immers duidelijk zien dat de emitter is aangesloten op de gemeenschappelijke draad van het circuit, ten opzichte waarvan het ingangssignaal wordt toegevoerd en het uitgangssignaal wordt verwijderd.

In het OK-circuit is de collector eenvoudigweg verbonden met de stroombron, en op het eerste gezicht lijkt het erop dat dit niets te maken heeft met de ingangs- en uitgangssignalen. Maar echt emf-bron(batterij) heeft een zeer kleine interne weerstand; voor het signaal is het praktisch één punt, hetzelfde contact.

De werking van het OK-circuit kan in meer detail worden onderzocht in figuur 9.

Figuur 9.

Het is bekend dat voor siliciumtransistors de spanning overgang b-e ligt in het bereik van 0,5...0,7V, dus je kunt er gemiddeld uit gaan van 0,6V, als je niet van plan bent berekeningen uit te voeren met een nauwkeurigheid van tienden van een procent. Daarom, zoals te zien is in figuur 9, uitgangsspanning zal altijd kleiner zijn dan de invoerwaarde van Ub-e, namelijk dezelfde 0,6V. In tegenstelling tot het OE-circuit keert dit circuit het ingangssignaal niet om, maar herhaalt het eenvoudigweg en vermindert het zelfs met 0,6 V. Deze schakeling wordt ook wel een emittervolger genoemd. Waarom is zo'n regeling nodig, wat is het voordeel ervan?

Het OK-circuit versterkt het stroomsignaal h21e keer, wat aangeeft dat de ingangsweerstand van het circuit h21e keer groter is dan de weerstand in het emittercircuit. Met andere woorden, zonder angst voor het verbranden van de transistor, kunt u rechtstreeks spanning aan de basis leveren (zonder een begrenzingsweerstand). Neem gewoon de basispin en sluit deze aan op de +U-voedingsbus.

Met een hoge ingangsimpedantie kunt u een ingangsbron met hoge impedantie (impedantie) aansluiten, zoals een piëzo-elektrische pickup. Als een dergelijke pickup volgens het OE-circuit op een cascade is aangesloten, zal de lage ingangsimpedantie van deze trap eenvoudigweg het signaal van de pickup "planten" - "de radio speelt niet."

Een onderscheidend kenmerk van het OK-circuit is dat de collectorstroom Ik alleen afhankelijk is van de belastingsweerstand en de spanning van de ingangssignaalbron. In dit geval spelen de transistorparameters hier helemaal geen rol. Er wordt gezegd dat dergelijke circuits worden gedekt door 100% spanningsfeedback.

Zoals weergegeven in figuur 9 is de stroom in de emitterbelasting (ook wel emitterstroom genoemd) Iн = Iк + Ib. Rekening houdend met het feit dat de basisstroom Ib verwaarloosbaar is in vergelijking met de collectorstroom Ik, kunnen we aannemen dat de belastingsstroom gelijk is aan de collectorstroom Il = Ik. De stroom in de belasting zal (Uin - Ube)/Rn zijn. In dit geval gaan we ervan uit dat Ube bekend is en altijd gelijk is aan 0,6V.

Hieruit volgt dat de collectorstroom Ik = (Uin - Ube)/Rn alleen afhankelijk is van de ingangsspanning en de belastingsweerstand. De belastingsweerstand kan binnen ruime grenzen worden gewijzigd, maar u hoeft niet bijzonder ijverig te zijn. Immers, als je in plaats van Rn een spijker van honderd vierkante meter plaatst, dan zal geen enkele transistor daar tegen bestand zijn!

Het OK-circuit maakt het vrij eenvoudig om de statische stroomoverdrachtscoëfficiënt h21e te meten. Hoe u dit doet, wordt weergegeven in Figuur 10.

Figuur 10.

Eerst moet de belastingsstroom worden gemeten zoals weergegeven in figuur 10a. In dit geval hoeft de basis van de transistor nergens te worden aangesloten, zoals weergegeven in de afbeelding. Hierna wordt de basisstroom gemeten overeenkomstig figuur 10b. In beide gevallen moeten de metingen in dezelfde hoeveelheden worden uitgevoerd: in ampère of milliampère. De voedingsspanning en belasting moeten voor beide metingen hetzelfde blijven. Om de statische stroomoverdrachtscoëfficiënt te achterhalen, volstaat het om de belastingsstroom te delen door de basisstroom: h21e ≈ In/Ib.

Opgemerkt moet worden dat bij toenemende belastingsstroom h21e enigszins afneemt, en bij toenemende voedingsspanning toeneemt. Emitter-volgers worden vaak gebouwd volgens push-pull circuit met behulp van complementaire paren transistoren, wat vergroten mogelijk maakt uitgangsvermogen apparaten. Een dergelijke emittervolger wordt getoond in Figuur 11.

Figuur 11.

Figuur 12.

Transistoren inschakelen volgens een circuit met een gemeenschappelijke OB-basis

Dit circuit zorgt alleen voor spanningsversterking, maar heeft betere frequentie-eigenschappen vergeleken met het OE-circuit: dezelfde transistors kunnen op hogere spanningen werken. hoge frequenties. De belangrijkste toepassing van het OB-circuit zijn antenneversterkers voor de UHF-banden. Schema antenne versterker weergegeven in Figuur 12.

Gemeenschappelijk emittercircuit

Het schakelschema voor het verbinden van een transistor met een gemeenschappelijke emitter (CE) wordt getoond in Fig. 5.1. De ingangselektrode is de basis (preciezer gezegd: het ingangssignaal). U bij x is de emitter-basisovergang aan de junctie bevestigd, d.w.z. U inx= U BE = f B – f E, waarbij f B en f E respectievelijk de basis- en emitterpotentialen zijn). De uitgangselektrode is de collector, d.w.z. de uitgangsspanning U jij x is gelijk aan de spanningsval tussen de collector en de emitter U K E: U jij x = U KE = f K – f E, waarbij f K het collectorpotentieel is.

De emitter is dus een “gemeenschappelijke elektrode” voor beide U bij x, en voor U jij bent x, wat de naam van het schema verklaart. Laten we aannemen dat de zender geaard is en f E = 0. In de meeste gevallen wordt een directe aansluiting van de zender op aarde zelden gebruikt, maar hier beschouwen we een circuit met een geaarde zender, aangezien de aanwezigheid aanvullende elementen R E en C Dit verandert niets aan het basisprincipe van de werking van het circuit met OE, maar het bemoeilijkt de uitleg enorm.

Capaciteiten C p1 en MET p 2 wordt beschouwd als kortsluiting in het signaalfrequentiebereik, en bij constante voedingsspanningen vertegenwoordigen ze uiteraard breuken. Vervolgens de bijdrage MET p1 en MET p 2 in de kenmerken van het circuit en hun doel zullen worden gespecificeerd.

Om de werking van de schakeling uit te leggen, gebruiken we een fenomeen dat bekend is uit de halfgeleiderfysica: P–N- overgang bij sollicitatie R-halfgeleider is positief

lichaamspotentieel (ten opzichte van het potentieel N-halfgeleider) gaat open en er stroomt stroom door de junctie; Bovendien is de stroom binnen bepaalde grenzen recht evenredig met het potentiaalverschil over de junctie. Er wordt een constante positieve spanning aangelegd op de basis van de transistor, bepaald door de spanningswaarde van de stroombron E en weerstandsverhouding R B1 en R B2 ( R B1 en R B2 wordt de basisdeler genoemd), daarom is fB altijd groter dan fE en is de emitter-basisovergang open.

Als we daar nu rekening mee houden naast de constante positieve spanning aan de basis van de transistor U bij x = = E(R B2 / (R B1+ R B2)) wordt ook een wisselsignaal ontvangen U bij x ≈ (voor de eenvoud gaan we ervan uit dat U in x ≈ – harmonisch signaal), dan op de momenten waarop U bij x ≈ heeft positieve polariteit, P–N-de kruising gaat nog verder open en de stroom er doorheen neemt toe, en op momenten waarop U bij x ≈ heeft een negatieve polariteit (maar blijft U bij x = + U bij x ≈ >0), sluit de kruising gedeeltelijk en neemt de stroom af. Stroom door P–N-emitter-basisovergang wordt emitterstroom genoemd I E. Binnenin de transistor is deze verdeeld in een kleine basisstroom I B<< I E en collectorstroom I K ≈ I E. Op zijn beurt de collectorstroom I K stroomt door weerstand R K en creëert er een spanning D op U R = I K R K. Vanaf hier is het duidelijk dat het collectorpotentieel f K = E- D U R= E–I K R K hangt af van hoe open de emitter-basisovergang is, dat wil zeggen, aan U in x.

Voor een analytische beschrijving van de afhankelijkheid I Kat U BE's gebruiken vaak de parameter S= D I K/D U BE, wat helling wordt genoemd. De meeteenheid van transconductantie is ampère per volt [A/V], de naam wordt geassocieerd met de "end-to-end" stroom-spanningskarakteristieken van transistors, die zeer zelden in naslagwerken worden aangetroffen. Dus,

U jij x = f K – f E = E–I K R K= E–S U ZIJN R K= E–S R K ( U bij x = + U in x ≈) =

= E–S R K U inx = – S R K U in x ≈ .

De eerste twee termen vertegenwoordigen een constante spanning U output = , en het variabele uitgangssignaal is gelijk aan U jij x ≈ = – S R K U in x ≈ .

Wanneer in een circuit met een gemeenschappelijke emitter dus een wisselsignaal wordt geleverd aan de basis van de transistor, wordt hetzelfde wisselsignaal gegenereerd aan de collector, dat qua amplitude en teken verschilt van de ingang. Wanneer een signaal door het circuit gaat, vindt er een faseverschuiving van 180° plaats. Circuitspanningsversterking

KU= |U jij x ≈ / U in x ≈ | = S R K.

Merk op dat het gebruik van een parameter zoals helling alleen handig is om de processen in het circuit uit te leggen. In naslagwerken de waarde S is niet gegeven, maar meestal zijn er ingangs- en uitgangsstroom-spanningskarakteristieken (afhankelijkheden I B van U WEES en I Kat U CE respectievelijk).

Laten we bij nog een paar punten stilstaan.

Ten eerste moet het functionele doel van de containers worden besproken C p1 en MET p2. Deze condensatoren zijn elementaire hoogdoorlaatfilters die zorgen voor de ontkoppeling van in serie geschakelde circuits met behulp van een constant signaal. Laten we aannemen dat de versterker is gebouwd volgens een tweetrapscircuit, dat wil zeggen dat hij bestaat uit twee circuits met een gemeenschappelijke emitter (de uitgang van het eerste circuit is verbonden met de ingang van het tweede). In dit geval is het uiteraard noodzakelijk om het wisselsignaal van de collector van de transistor van het eerste circuit zonder verlies naar de basis van de transistor van het tweede circuit te verzenden. De eenvoudigste manier om dit te doen is door de elektroden van twee transistors kort te sluiten. Maar zowel de spanning aan de basis als de spanning aan de collector bevatten niet alleen variabele, maar ook constante componenten, en verschillende:

f B = = U bij x = = E(R B2 / (R B1+ R B2));

f K = = U jij x = = E–S R K U in x = .

Een element dat wisselstroom doorlaat, maar geen gelijkstroom, is capaciteit. Het is het ‘scheidingsvermogen’ MET p, geïnstalleerd tussen de twee cascades, zorgt voor de doorgang van een wisselsignaal en de “isolatie” van de cascades door gelijkstroom.

In het diagram van afb. 5.1 zender is geaard. Meestal is dit niet het geval: een gemeenschappelijk emittercircuit bevat een weerstand in het emittercircuit R E en blokkeercondensator MET E. Het doel van de weerstand is het verschaffen van thermische stabilisatie van de circuitparameters. Feit is dat bij toenemende temperatuur in halfgeleiders de mobiliteit van ladingsdragers en hun concentratie toenemen, waardoor de emitterstroom toeneemt, en daarmee de collectorstroom. Om de stromen terug te brengen naar hun oorspronkelijke staat (vóór verwarming), is het noodzakelijk om de emitter-basisovergang gedeeltelijk te sluiten, en om dit te doen moet f E worden verhoogd terwijl f B ongewijzigd blijft. Als de emitter geaard is, is dit onmogelijk verandering f E, en of er weerstand is R E - het probleem is heel eenvoudig op te lossen: f E = I E R Eh, dus met groei I Dit verschaft het gewenste effect van het vergroten van de emitterpotentiaal. Helaas beschikbaarheid R E zorgt ervoor dat de huidige veranderingen worden geminimaliseerd I Niet alleen voor infra lage frequenties temperatuurdrift, maar ook bij signaalfrequenties zal de versterking van de schakeling sterk afnemen. Daarom is het noodzakelijk om te omzeilen R E bij signaalfrequenties, waarbij hiervoor een blokkeercondensator wordt gebruikt. Bij temperatuurdriftfrequenties MET E vertegenwoordigt een grote weerstand en heeft geen invloed op het thermische stabilisatiemechanisme; met toenemen F verandert in kortsluiting.

Laten we nu specificeren welke parameters het circuit met OE heeft.

1. Spanningsoverdrachtscoëfficiënt (versterking). KU= SR K bereikt meestal meerdere tot tientallen keren.

Rijst. 5.2

2. Amplitudekarakteristiek (AX) – afhankelijkheid U jij x ≈ van U in x ≈ (Fig. 5.2). De lineaire sectie AX heeft een helling α geassocieerd met de transmissiecoëfficiënt door de relatie KU= bruin α. Bij lage ingangssignaalniveaus U jij x ≈ wordt bepaald door het geluidsniveau U w, voor zeer grote ( U in x > > U lin max) – ongeveer gelijk aan het niveau van de collectortoevoer.

3. Huidige overdrachtscoëfficiënt K.I gelijk aan de verhouding tussen de uitgangsstroom en de ingang. De uitgangselektrode is de collector, de ingangselektrode de basis KI = I K/ I B. Maar I B<< I Eh, ah I K = I Eh, vanaf hier K.I >> 1.

4. Vermogensoverdrachtscoëfficiënt KP= K U K I is bijgevolg zeer belangrijk.

5. De faseverschuiving in het circuit is 180°.

6. Ingangsimpedantie R in x van de schakeling wordt bepaald parallelle verbinding weerstand R B1, R B2 en gelijkwaardige weerstand R–N-emitter-basisovergang: R WEES = I B/ U BE.Meestal waarden R B1 en R B2, noodzakelijk voor de werking van het circuit, evenals R BE zijn kilo-ohm - tientallen kilo-ohm, daarom is de ingangsweerstand gelijk aan kilo-ohm.

7. Uitgangsimpedantie van onbelast circuit R je x wordt voornamelijk bepaald door de weerstandswaarde R K (honderden ohm - eenheden van kilo-ohm), evenals de equivalente transistorweerstand R CE = I NAAR / U CE (meestal de volgorde R KE - kilo-ohm).

8. Amplitude-frequentierespons KU= KU(F), Waar F– frequentie (Fig. 5.3). De frequentierespons heeft een uniforme doorsnede bij middenfrequenties, evenwijdig aan de frequentie-as. Bij lage frequenties, waar capaciteiten aanwezig zijn C p1 en MET p 2 zijn nog geen kortsluitingen en een deel van het signaal valt erop, de frequentierespons neemt af. Extra reden afname van de frequentierespons bij lage frequenties is de aanwezigheid R Eh,

Laagfrequente correctie (LFC) wordt uitgevoerd door de collectorweerstand (Fig. 5.4) in tweeën te delen: R K1 en R K2. Middelpunt van de scheidingslijn over de container C f is verbonden met de aarde. Bij lage frequenties Cφ vertegenwoordigt een grote weerstand en kan worden genegeerd bij het bepalen van de versterking van het circuit, die wordt gedefinieerd als KU= S(R K1+ R K2). Bij midden en hoge frequenties C f ontstaat kortsluiting en shunt R K 2 , dus de versterking neemt af en is gelijk aan KU= SR K1.

C f vervult ook de functie van een filter dat geen wisselsignaal naar de stroombron toestaat (daarom is het gemarkeerd met de index “f”).

Hoogfrequente correctie wordt door twee uitgevoerd op verschillende manieren. Ten eerste, consequent met R K inductie instellen L(Fig. 5.5) - deze methode wordt inductieve hoogfrequente correctie (IHC) genoemd. In dit geval neemt voor elke waarde van de inductantie de versterking van het circuit toe met toenemende frequentie

KU= S =

= S .

Rijst. 5.5

Rijst. 5.6

De tweede methode van hoogfrequente correctie - emittercorrectie (EVCHK) voorziet niet in de introductie van extra elementen in het circuit, maar alleen in een significante reductie van de capaciteitswaarde C E. Ongeacht de waarde ervan, wordt deze capaciteit niet omzeild R E bij infra-lage frequenties van temperatuurdrift, zodat het thermische stabilisatiemechanisme niet wordt verstoord. Maar klein C E (bij kleine waarden is het niet meer gebruikelijk om het blokkeren te noemen) shunt niet R E en bij lage en middenfrequenties van het signaal, terwijl KU neemt af.

Alleen bij hoge frequenties C E kortsluit de emitterweerstand en de versterking begint toe te nemen - net wanneer deze om andere redenen afneemt. Vanwege het gebrek aan inductie wordt HFCS steeds vaker gebruikt, hoewel dat wel het geval is aanzienlijk nadeel- afname KU versterker bij lage en middenfrequenties.

Siberische Staatsautomobiel- en Snelwegacademie

Afdeling APP en E

CURSUSPROJECT

“BEREKENING VAN EEN TRANSISTORVERSTERKER

VOLGENS EEN GEMEENSCHAPPELIJK EMITTERSCHEMA”

in de discipline: “Elektrotechniek”

Optie-17

Voltooid: art. gr. 31AP

Tsigulev S.V.

Gecontroleerd door: Denisov V.P.

1. Basisconcepten

2. Doel van de elementen en werkingsprincipe van de versterkertrap volgens het circuit met OE

3. Werkopdracht

4. De procedure voor het berekenen van een transistorversterker volgens een circuit met OE

Bibliografie

1. Basisconcepten

Versterkers zijn een van de meest voorkomende elektronische apparaten, gebruikt in automatiseringssystemen en radiocircuits. Versterkers zijn onderverdeeld in voorversterkers (spanningsversterkers) en eindversterkers. Voorbarig transistorversterkers bestaan, net als buizenversterkers, uit een of meer versterkingstrappen. In dit geval hebben alle versterkertrappen dat algemene eigenschappen, het verschil daartussen kan alleen kwantitatief zijn: verschillende stromen, spanningen, verschillende waarden van weerstanden, condensatoren, enz.

Voor voorversterkertrappen zijn resistieve circuits (met reostatisch-capacitieve koppeling) het meest gebruikelijk. Afhankelijk van de methode voor het leveren van het ingangssignaal en het verkrijgen van het uitgangssignaal, kregen de versterkercircuits de volgende namen:

1) met een gemeenschappelijke OB-basis (Fig. 1, a);

2) met een gemeenschappelijke collector OK (emittervolger) (Fig. 1, b);

3) met een gemeenschappelijke zender - OE (Fig. 1, c).

De meest voorkomende is het OE-schema. Het circuit met OB in voorversterkers is zeldzaam. De emittervolger heeft de hoogste ingangsweerstand en de laagste uitgangsweerstand van alle drie de circuits, en wordt daarom gebruikt bij het werken met hoogohmige omzetters als eerste versterkertrap, maar ook bij het matchen met een belastingsweerstand met lage weerstand. In tabel Er wordt 1 vergelijking gegeven diverse schema's transistoren aanzetten.

Tabel 1

2. Doel van de elementen en werkingsprincipe van de versterkertrap volgens het circuit met OE

Er zijn veel opties voor het implementeren van een versterkertrapcircuit met behulp van een OE-transistor. Dit komt voornamelijk door de eigenaardigheden van het instellen van de rustmodus van de cascade. We zullen de kenmerken van versterkingstrappen bekijken aan de hand van het voorbeeld van het circuit in figuur 2, dat het meest wordt gebruikt bij het implementeren van een cascade met behulp van discrete componenten.

De belangrijkste elementen van het circuit zijn de voeding

Weerstanden

Weerstand

Manifestatie van negatieve feedback en het stabiliserende effect ervan op de stroom