Транзисторен ретранслатор: принцип на работа

Историята на транзисторите започва в средата на 20-ти век, когато през 1956 г. трима американски физици - Д. Бардин, У. Браттейн, В. Шокли, получиха Нобелова награда "За изследване на полупроводници и откриване на транзисторен ефект".

Радиотехника, която започва да работи в своята област, понякога е трудно да се разберат електронните схеми и целта на един или друг от неговите компоненти. За да направите това, има някои разработки - вече измислени схеми на окабеляване за транзистори и други елементи с определени свойства, от които могат да се правят различни устройства. Една от тези "тухли" в изграждането на електронни схеми е излъчвател на транзистор.

Схема на свързване на транзистори

Има три вида биполярни транзистори - с обща основа (OB), общ емитер (OE) и общ колектор (OK).

Най-често срещаната връзка (OE), защото тя дава голяма печалба на напрежение и ток. Една от характеристиките на тази връзка е инверсията на входното напрежение до 180 ⁰ . Недостатъкът на връзката е малък вход (стотици ома) и голям изход (десетки ома) съпротивление.

При подаване на входното напрежение транзисторът се отваря и токът преминава през основата към емитера, а токът на колектора се увеличава. Токът на излъчвателя се сумира от базовия ток и тока на колектора: И _Е = И _В + И _К

В колекторната верига на резистора се появява напрежение, много по-високо от входния сигнал, което води до увеличаване на изходното напрежение и съответно сила на тока.

Включването на транзистора според схемата (ON) осигурява усилване на напрежението и ви позволява да работите с по-широк честотен диапазон от схемата с (OE), така че често се използва при антенните усилватели. Тази схема позволява пълното използване на способността на транзистора да усилва високите честоти на сигнала (честотни характеристики). Колкото по-висока е честотата на усиления сигнал, толкова по-ниско е напрежението. Тази каскада има малък входен и изходен импеданс.

Включването на транзистора с (OK) дава текущото усилване и често се използва като адаптер между захранването с високо съпротивление и ниското импедансно натоварване. Също така, това включване може да се използва за съвпадение на различни каскадни вериги, не променя полярността на входния сигнал.

Общи понятия за ретранслатор

Емитерният повторител е усилвател на сигнала тока, в който се включва включването на транзистора съгласно схемата (ОК). Повишаването на напрежението на сигнала е практически равно на едно, емитерното напрежение е равно на входния сигнал, следователно веригата се нарича емитерен повторител. Принципът на работа на устройството ще бъде разгледан по-долу.

Независимо от факта, че емитерният повторител има коефициент на предаване на напрежението от един, той може да бъде класифициран като усилвател, тъй като дава коефициент на усилване на тока, а следователно и на мощност: AND _Е = (β +1) x И _B , където AND _Е - ток на излъчвателя и _B - базов ток.

С ниско съпротивление захранване колекторът на транзистора е свързан към общата шина и резисторът, от който се изважда изходното напрежение, е свързан с емитерната верига. Свързване на входа и изхода към външни вериги чрез използване на кондензатори C ₁ и C ₂ . С малък фактор за увеличаване на напрежението, коефициентът на увеличаване на тока достига своя връх в режим на късо съединение на терминалите на изхода.

Принцип на действие

Натоварването на каскадната верига на ретранслатора е резистор на излъчвателя Р Е. Входният сигнал се подава през първия кондензатор С ₁ и отстраняването на изходния сигнал става през втория кондензатор С2.

Емитентът има много малък входен и голям изходен импеданс. при променлив ток, когато половин вълна на положително променливо напрежение преминава през транзистор тип pnp, тя се отваря по-силно и се наблюдава увеличение на тока, с отрицателна половин вълна - обратно. В резултат на това изходното променливо напрежение има същата фаза с входа и е напрежение на обратната връзка. Изходното напрежение е насочено към входа и е свързано последователно, така че емитерният последовател използва постоянна отрицателна обратна връзка. Изходното напрежение е по-малко от входното напрежение с малко количество (напрежението на базовия емитер е около 0,6 V).

Как се прави схема за изчисление

Първоначалните данни за изчисляване на емитерния повторител са токът на колектора (I _K ) и захранващото напрежение (V I):

• Напрежението на излъчвателя (U _E ) трябва да съответства на: Y _Е = 0,5 x U _ВХ (за да се осигури максималния обхват на изходното напрежение).
• Сега трябва да направите изчисление на съпротивлението на резистора на излъчвателя: Р _Е = У _Е / И _К.
• Съпротивлението на резисторния делител се изчислява: P ₁ -P ₂ (избираме съпротивлението така, че токът на разделителя е около 10 пъти по-малък от тока на основата): А _D = 0.1 x I _K / β, където β е коефициентът на усилване на тока транзистор. Съпротивление Р ₁ + Р ₂ = У _ВХ / И _Д.
• Изчислява се напрежението на основата спрямо земната повърхност: У _Б = У _Е + 0.7.

Отличителни черти

Емитерният повторител има интересна характеристика - токът на колектора зависи само от съпротивлението на натоварването и входното напрежение, а параметрите на транзистора не играят съществена роля. Счита се, че такива схеми имат 100% обратна връзка по напрежение. Не можете да се страхувате да изгорите транзистора, като подадете захранване към базата без ограничителен резистор.

Работата на емитерния повторител се основава на висок входен импеданс, което ви позволява да свържете към него източник на сигнал с голям комплексен импеданс (например, пикап в радиото). Усилвател на мощността

Много често емитерният повторител се използва като усилвател на мощност в изходните етапи на усилвателите. Основната задача на тези възли е да прехвърлят определена мощност на товара. Най-важният параметър, който се определя в изчисленията на мощността на усилвателя, е усилването на мощността , изкривяването на предаването на сигнала и ефективността (неговото увеличение е необходимо поради консумацията на по-голямата част от захранващата мощност от изходния усилвател) . Повишаването на напрежението не е основният параметър и обикновено се приближава до единство.

Съществуват няколко начина за работа на такъв усилвател, в зависимост от местоположението на работната точка на графиката на характеристиките и съответно с различна ефективност и характеристики на изходния сигнал.

Режими на работа

В разглежданите случаи на работа на емитерния повторител, съединителният възел ще се върне обратно и режимът на работа ще зависи от емитерния възел:

1. В първия случай отместването на емитерния възел се осъществява по такъв начин, че транзисторът стабилно не преминава в режим на насищане и ретранслаторът работи на директната част на графиката на трансферната характеристика (напрежения YK и Y _{E са} еднакви). Максималното изходно напрежение е по-малко от входното напрежение. Ефективността е равна на съотношението на мощността, която се подава към товара към захранването от електрозахранването, и достига максимум (25%) при най-високата амплитуда на изходното напрежение. За да се избегне несъответствие на изходния и входния сигнал, амплитудата на изходното напрежение трябва да бъде намалена, в резултат на което ефективността също намалява. Ниската ефективност в този режим на работа на повторителя се дължи на независимостта на тока, преминаващ през транзистора, от захранващото напрежение и консумираната от източника на енергия мощност е постоянна стойност. При липса на входен сигнал, разсейваната от транзистора мощност е най-голяма. Следователно, в този режим, емитерният повторител не се използва като усилвател на мощност, а по-скоро като предавател на леко изкривен сигнал.
2. Друг работен режим на усилвателния етап, при който изместването на емитерния възел привежда работната точка на транзистора към границата на заключващата област. Ако приемем напрежението на излъчвателя (U _E = 0) и входният сигнал не е получен, емитерният възел е обратен пристрастен и транзисторът е в затворено състояние. В резултат на това се намалява консумацията на енергия. При преминаване от захранващия източник на положителната полу-вълна, транзисторът се отключва (отваря се емитерният възел), а отрицателният блокира (няма изходен сигнал). Вторият случай на усилвателния етап решава проблема с увеличаване на ефективността на усилвателя, защото няма ток на транзистора, ако няма захранващо напрежение. Но има един недостатък - силно изкривяване на изходния сигнал.

Push-pull схема

Пулт-издърпващия излъчвател позволява да се увеличи тока в положителните и отрицателните диапазони. За да получите биполярен изходен сигнал, можете да използвате допълнителен емитерен повторител. По принцип, двутактната верига е два ретранслатора, всеки от които усилва сигнала в положителна или отрицателна полу вълна. Схемата се състои от два вида биполярни транзистори (с pnp и pnp - преходи).

Принципът на действие на допълнителната схема

Когато входната мощност липсва, и двата транзистора се изключват поради липсата на напрежение в емитерния възел. При преминаването на половин вълната на положителната полярност се появява отварянето на npn транзистора, по същия начин преминаването на отрицателната полу вълна причинява отваряне на pnp-транзистора.

Мощен излъчвател на излъчвател има изчисление за ефективност (K = Pi / 4 x Y _OUT / U _K ), където U _o е амплитудата на изходния сигнал; _K - напрежение в кръга на колектора.

От формулата може да се види, че К нараства с увеличаване на амплитудата на _{O O} и става максимално с U _O = A _K (K = Pi / 4 = 0.785).

Това показва, че емитерният повторител на допълнителната схема има значително по-висока ефективност от конвенционалния повторител.

Свойството на тази схема е голямо (преходно) нелинейно изкривяване. Те се проявяват в по-голяма степен от по-малкото входно напрежение (V _B ).

Изчисляване на усилвател

Тъй като имаме нужда от емитерен повторител за увеличаване на мощността, изходните данни за изчисляване на емитерния последовател ще бъдат: устойчивост на натоварване (RN), мощност на натоварване ( _RN ). За да се намали несъответствието на изходния и входния сигнал, захранващото напрежение трябва да бъде по-високо с 5 V от амплитудата на изходното напрежение.

Формули за изчисляване на етапа на усилвателя:

• Изходно напрежение: _{O OUT} = квадратен корен (2P _N P _N ).
• Захранващо напрежение: _VX = V _E + 5.
• Изходен ток: И _Е = У _Е / Р _Н.
  
• Мощност, взета от източника на захранване: P ₊ + P _- = 2 / Pi × U _E / P _N × U _K.
• Максималното разсейване на мощност на всеки от транзисторите: П ₁ = П ₂ = У _К ² / Пи ² Р _Н.
  

Намалено изкривяване на изходното напрежение

Пулт-издържващият излъчвател, чийто принцип на работа е описан по-горе, може да бъде допълнително подобрен чрез намаляване на преходното изкривяване на изходния сигнал в неговата верига.

За да се намали изкривяването на напрежението на изхода на каскадата може да се приложи към основата на напрежението транзистори, пристрастия на изходната характеристика.

За пристрастия се използват диоди или транзистори, които подават сигнал към базите на работещите транзистори на повторителя.

Диодна верига

При емитерните преходи на транзистори Т ₁ и Т ₂ изглежда компенсиращо поради диодите D1 и D2, свързани между базите на транзисторите. Когато входното напрежение е нула, транзисторите са активни. Когато полярността на напрежението е положителна, транзисторът Т2 _е заключен и с отрицателна полярност на напрежението, транзисторът Т _е заключен. Когато входният сигнал е нула, един от транзисторите е активен, така че диодната верига дава изходна характеристика, която е много близка до линейната. Вместо диоди могат да се използват транзистори с шунтиран колекторен възел.

Усилвател на мощност с допълнителни емитерни повторители

Друга схема, която намалява изкривяването на изходния сигнал, входът на който включва два транзистора.

В тази верига на входа се поставят два ретранслатора на транзистора, които създават компенсиращо напрежение за емитерните преходи на два изходни транзистора. Съществено предимство на това включване ще бъде повишената устойчивост на входа на каскадата. Емитерните токове на входните и базовите токове на изходните транзистори, задават първите два резистора _. Вторите два резистора са включени в веригата за обратна връзка за изходните транзистори.

Тази опция за свързване е буферен усилвател с едно усилване.

Композитни транзистори

Сега транзисторите се произвеждат като отделна каскада от два транзистора в един пакет (верига Дарлингтън). Те се използват в чипове в усилватели на дискретни компоненти. Смяната на конвенционален транзистор с интеграл увеличава входа и намалява изходния импеданс на веригата.