Биполярный транзистор

Текст

(22) Заявлено 20. 12. 77 (21) 2556962/18-09с присоединением заявки рй(53) УДК 621 375.024(088.8) по делан наеоретеннй и открытий Опубликовано 30.05,82, Бюллетень р 1 е 20 Дата опубликования описания 30.05.82 2) Авторы изобретен атавкин и В. С.Г.Иванов,(7) Заявитель 54) ЭИИТТЕРНЫЙ ПОВТОРИТЕЛ Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться врадиоэлектронной аппаратуре различно»гр назначения, в частности во входных каскадах операционных усилителей .Известен эмиттерный повторитель, содержащий первый и второй транзисторы одного типа проводимости, соединенные последовательно относительно источника питания, источник постоянного тока, один вывод которого подключен к соответствующей шине источника питания, при этом база первого транзистора является входом эмиттерного повторителя, база второго транзистора через диод соединена с другой шиной источника питания, а » точка соединения эмиттера первого и коллектора второго транзисторов является выходом эмиттерного повторителя 1.Однако данный эмиттерный повторитель не обеспечивает достаточного быстродействия. 2Цель изобретения — повышение быстродействия эмиттерного повторителя.Указанная цель достигается тем,что в эмиттерный повторитель введентретий транзистор противоположного ф типа проводимости, база которогосоединена с базой первого транзистора, коллектор — с базой второготранзистора, эмиттер.- с другим выводом источника постоянного тока, а топараллельно источнику постоянного тока подключен конденсатор.На чертеже представлена принципиальная электрическая схема предлагаемого эмиттерного повторителятбЭмиттерный повторитель содержитпервый транзистор 1, второй транзистор 2, третий транзистор 3, диод 4,источник 5 постоянного тока и конденсатор 6.При появлении на входе прямоуголь»ного импульса, например положительного перепада, вследствие присутствия емкости нагрузки происходит за 3 93259 паздывание напряжения эмиттера входного транзистора 1 относительно напряжения его базы, что вызывает значительное возрастание эмиттерного тока транзистора, Этот же перепад закрывает транзистор 3, вследствие чего коллекторный ток транзистора 2 стремится к нулю, что также увеличивает скорость перезарядки емкости. Для противоположного перепада 1 ф входного сигнала аналогичный эФФект вызывает увеличение эмиттерного тока транзистора 3 и,следовательно,увеличение его коллекторного тока и коллекторного тока транзистора 2. В это 15 же время транзистор 1 закрывается и обратная перезарядка емкости нагрузки производится полным коллекторным током, транзистора 2

При этом величины токов, протекающих в схеме 2 вов отсутствии сигнала на входе, практического влияния на скорость передачи Фронта не имеют и могут быть сведены к минимуму.Использование предлагаемого 25 технического решения позволяет повысить экономичность работы эмиттерного повторителя, гарантируя при этом высокую скорость передачи обоих Фронтов импульса, и, кроме того, зо приводит к существенному уменьшению входного тока эмиттерного повтори» теля, что весьма важно, например, в случае применения его в качестве входного каскада операционного усилителя

4Формула изобретенияЭмиттерный повторитель, содержащий первый и второй транзисторы одного типа проводимости, соединенные последовательно относительно источника питания, источник постоянного тока, один вывод которого под» ключен к соответствующей шине источника питания, при этом база первого транзистора является входом эмиттерного повторителя, база второго через диод соединена с другой шиной источника питания, а точка соединения эмиттера первого и коллекторавторого транзисторов является выходом эмиттерного повторителя, о тл и ч а ю щ и Й с я тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введен третий транзистор противоположного типа проводимости, база которого соединена с базой первого транзистора, коллектор — с базой второго транзистора, эмиттер — с другим выводом источника постоянного тока, а параллельно источнику постоянного тока подключен конденсатор.Источники инФормации,принятые во внимание при экспертизе1. Наггз 5 ею 1 сопдцссог 1 п 1 епгайед сгсо 1 йз дайе ЬооР, ОсйоЬег 1975, С, 1.1-75, НА 2650 (прототип).932593 х Составитель Н.ДубровскаяТехред А

Бабинец Корректор А.Ферен дактор Н,Грищанова э 3799/74 Тираж 954ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам иэобретений и открытий113035, Москва, М, Раушская наб.,д.4/ ПП «Патент», г.ужгород, ул.Проектная,4 или Зака Подписное

Смотреть

Принцип действия комплементарной схемы

Когда входное питание отсутствует, оба транзистора выключены, в связи с отсутствием напряжения на эмиттерных переходах. При прохождении полуволны положительной полярности, происходит открытие п-р-п – транзистора, аналогично, прохождение отрицательной полуволны вызывает открытие р-п-р – транзистора.

Мощный эмиттерный повторитель имеет расчет КПД (К = Пи/4 х УВЫХК), где Увых – амплитуда выходного сигнала; УК – напряжение на коллекторном переходе.

Из формулы видно, что К возрастает при увеличении амплитуды УВЫХ и становится максимальным, при УВЫХ = УК (К = Пи/4 = 0,785).

Отсюда видно, что эмиттерный повторитель на комплементарной схеме обладает значительно более высоким КПД, чем обычный повторитель.

Свойством этой схемы являются большие (переходные) нелинейные искажения. Они проявляют себя в большей степени, чем меньше входное напряжение (УВХ).

Схема ключа на полевом транзисторе.

Здесь мы видим n-канальный МОП-транзистор. При заземленном затворе полевик находится в закрытом состоянии и, соответственно, входной сигнал не проходит на выход. Если подать на затвор напряжение, например, +10 В, то транзистор перейдет в открытое состояние и сигнал практически беспрепятственно пройдет на выход.

Тут особо и объяснять нечего

Теперь перейдем к логическим элементам (вентилям) на МОП-транзисторах. И начнем с вариантов исполнения логического инвертора. Посмотрите на схемку:

Что вообще должен делать инвертор? Очевидно, что инвертировать сигнал То есть подаем на вход сигнал низкого уровня, на выходе получаем высокий уровень и наоборот.

Давайте смотреть как это все работает. Если на входе низкий уровень сигнала, то n-канальный МОП-транзистор закрыт, ток через резистор нагрузки не течет, соответственно, все напряжение Vcc оказывается на выходе. А если на входе высокий уровень, то ПТ во включенном состоянии проводит ток, при этом на нагрузке появляется напряжение, а потенциал стока (выходной сигнал) практически равен нулю (низкий уровень). Вот так вот эта схема и работает.

Рассмотрим еще один вариант инвертора, но уже с использованием p-канального ПТ:

Работает эта схема аналогично схеме инвертора на n-канальном транзисторе, поэтому останавливаться на этом не будем.

Есть один большой минус у обеих этих схем – это высокое выходное сопротивление. Можно, конечно, уменьшать R_1, но при это рассеиваемая мощность будет увеличиваться (она обратно пропорциональна квадрату сопротивления). Как вы понимаете, в этом нет ничего хорошего. Отличной альтернативой этим схемам инверторов является схема на комплементарных МОП-транзисторах (КМОП). Она имеет следующий вид:

Итак, пусть у нас на входе сигнал высокого уровня. Тогда p-канальный МОП-транзистор Q2 будет выключен, а Q1, напротив, будет во включенном состоянии. При этом на выходе будет сигнал низкого уровня. А что если на входе низкий уровень? А тогда наоборот Q1 будет выключен, а Q2 включен, и на выходе окажется сигнал высокого уровня. Вот и все

Пожалуй, рассмотрим теперь еще одну схемку на полевиках – схему логического вентиля И-НЕ. Этот вентиль имеет два входа и один выход, и и низкий уровень должен быть на выходе только в том случае, когда на оба входа подан сигнал высокого уровня. Во всех остальных случаях на выходе сигнал высокого уровня.

Смотрите, как это работает. Если на Входе 1 и Входе 2 высокий уровень, то оба n-канальных транзистора Q1 и Q2 проводят ток, а p-канальные Q3 и Q4 закрыты, и на выходе окажется сигнал низкого уровня. Если на одном из входов сигнал низкого уровня, то один из транзисторов Q3, Q4 открыт, а, соответственно, один из транзисторов Q2, Q1 закрыт. Тогда цепь Q1 – Q2 – земля разомкнута, а на выход через открытый транзистор Q3 или Q4 попадает напряжение высокого уровня. Вот и получается, что низкий уровень на выходе возможен только если на обоих входах сигнал высокого уровня.

Заканчиваем на этом разговор о полевых транзисторах Мы сегодня рассмотрели схемы на полевых транзисторах и кроме того разобрались как они работают. Так что до скорых встреч на нашем сайте!

Биполярный транзистор

Биполярный транзистор это потомок ламповых триодов, тех что стояли в телевизорах 20 -го века. Триоды ушли в небытие и уступили дорогу более функциональным собратьям — транзисторам, а точнее биполярным транзисторам.

Биполярные транзисторы выглядеть могут  так.

Как вы можете видеть биполярные транзисторы имеют три вывода и конструктивно они могут выглядеть совершенно по разному. Но на электрических схемах они выглядят простенько и всегда одинаково. И все это графическое великолепие,  выглядит как-то так.

Это изображение транзисторов еще называют УГО (Условное графическое обозначение).

Причем биполярные транзисторы могут иметь различный тип проводимости. Есть транзисторы NPN типа и PNP типа.

У биполярных транзисторов есть три вывода: коллектор, эмиттер и база. Думаю, что по УГО будет сложно запутаться, а вот в реальном транзисторе запутаться проще простого.

Обычно где какой вывод определяют по справочнику, но можно просто  прозвонить транзистор мультиметром. Выводы транзистора звонятся как два диода, соединенные в общей точке (в области базы транзистора).

Слева изображена картинка для транзистора p-n-p типа,  при прозвонке  создается ощущение (посредством показаний мультиметра ), что перед вами два диода которые соединены в одной точке своими катодами. Для транзистора  n-p-n типа  диоды в точке базы соединены своими анодами. Думаю после экспериментов с мультиметром будет более понятно.

Инвертирующий усилитель с однополярным питанием

В некоторых случаях нам даже иногда нужно переместить нулевой уровень на более высокий “пьедестал”, чтобы мы могли полностью усиливать сигнал, если дело касается однополярного питания. Работать с однополярным питанием всегда проще и удобнее, чем с двухполярным. Поэтому, в этом случае надо поднять нулевой уровень на некоторый пьедестал, чтобы полностью усиливать переменный сигнал. То есть добавить постоянную составляющую в сигнал. В этом случае схема примет чуть-чуть другой вид:

Как можно увидеть, сейчас мы питаем наш ОУ однополярным питанием. Что будет, если мы НЕинвертирующий выход посадим на землю?

То есть мы получили базовую схему инвертирующего усилителя, но только с однополярным питанием. Давайте ппросимулируем такую схему. Коэффициент усиления в данном случае будет равен-10, так как мы взяли соотношение резисторов 10 килоом и 1 килоом. Загоняю на вход сигнал амплитудой в 1 В.

Что имеем в итоге на виртуальном осциллографе?

Как вы видите, в этом случае усиленная полуволна сигнала вырезается полностью. Оно и понятно, так как напряжение питания у нас однополярное и проломить “пол” нулевого потенциала невозможно. Но можно сделать одну хитрость: поднять “уровень пола” и дать сигналу место для размаха.

В этом случае нам надо добавить Uсм , для того, чтобы поднять сигнал над уровнем “пола”. Но не все так просто, дорогие друзья!

Здесь уже будет использоваться более хитрая формула, а не просто вольтдобавка. Приблизительная формула выглядит вот так:

Итак, мы хотим усилить наш сигнал полностью без среза. Какое же должно быть значение Uвых ? Оно должно иметь значение половины Uпит , чтобы сигнал ходил туда-сюда без срезов. Но также надо учитывать и коэффициент усиления, иначе получится насыщение выхода, о чем мы писали выше.

В нашем случае мы хотим увеличить сигнал амплитудой в 1 В в 10 раз. То есть Uпит должно быть как минимум 20 Вольт. Так как ОУ поддерживают однополярное питание до 32 В, то давайте для красоты выставим Uпит = 30 В. Рассчитываем Uсм :

Проверяем симуляцию, все ок!

Как здесь можно увидеть, желтый выходной сигнал поднялся над нулевым уровнем и усилился без искажений. В данном случае желтый сигнал – это сумма постоянного напряжения и переменного синусоидального сигнала.

То есть получилось что-то типа вот этого:

Хорошо это или плохо, когда в переменном сигнале есть постоянная составляющая, то есть постоянное напряжение? В некоторых случаях это плохо, потому как такой сигнал трудно использовать, и поэтому чаще всего его прогоняют через конденсатор, так как он пропускает через себя только переменный ток и блокирует прохождение постоянного тока. А еще лучше поставить фильтр из , с помощью которого можно отсекать лишние частоты.

Схема инвертирующего усилителя

Это основная схема, в которой работает ОУ. Работа операционного усилителя характеризуется не только усилением (или ослаблением) входного сигнала, но и изменением его фазы. Усиление обозначается буквой k. Приведенный ниже график показывает влияние операционного усилителя в такой схеме:

Синим цветом представлен график входного сигнала, а красным — график выходного сигнала, причем усиление системы составляет 2 (k=2). Как видно, амплитуда выходного сигнала в два раза выше, чем амплитуда входного сигнала, и также видно, что сигнал перевернут.

Схема такого усилителя достаточно проста, и представлена на следующем рисунке:

Эта схема доказывает, почему операционные усилители являются настолько популярными. Для того, чтобы вычислить значения элементов нам достаточно использовать следующую формулу:

Как видно, резистор R3 не влияет на усиление схемы, и можно было бы обойтись без него, соединив положительный вход усилителя с минусом питания. В данном случае резистор R3 используется в качестве защиты.

Двухтактный эмиттерный повторитель

Для того чтобы получить на выходе сигнал обеих полярностей, используют комплементарную схему, содержащую транзисторы n–
p–n и p–n–p-типов (рис. 4.3.5). Она состоит по
существу из двух эмиттерных повторителей, один из которых усиливает положительную, а другой – отрицательную полуволну входного сигнала.
Эту схему часто называют двухтактным эмиттерным повторителем.

Рис. 4.4.5

При отсутствии входного сигнала оба транзистора находятся в состоянии отсечки, поскольку напряжения на эмиттерных переходах равны
нулю. Во время  положительной  полуволны  входного  напряжения открывается n–p–n-
транзистор VT1, а во время отрицательной – p–n–p-транзистор
VT2.

Коэффициент полезного действия двухтактного эмиттерного повторителя

. (4.4.2)

Здесь – амплитуда выходного напряжения.

Из (4.4.1) следует, что КПД схемы возрастает с увеличением амплитуды выходного напряжения и достигает своего максимального значения
при :

.

Таким образом, двухтактная схема обладает значительно большим КПД, чем обычный эмиттерный повторитель.

Напряжение на выходе двухтактной схемы отличается от выходного на величину падения напряжения на эмиттерном переходе. Следовательно, 
, т. е. схема является повторителем напряжения. Коэффициент
усиления тока . Усиление мощности происходит за счет усиления
тока.

Пример 4.4.1.
Рассчитать двухтактный усилитель мощности, если мощность нагрузки
, а сопротивление нагрузки
. Для уменьшения нелинейных искажений напряжение источника
питания должно превышать амплитуду выходного напряжения на 5 В.

Решение. Поскольку мощность, выделяемая в нагрузке:

,

амплитуда выходного напряжения

.

Напряжение питания .

Амплитуда выходного тока

.

Мощность, потребляемая транзисторами от источников питания:

.

Максимальная мощность, рассеиваемая каждым транзистором:

.

Двухтактной схеме на рис. 4.4.5 свойственны значительные нелинейные искажения, называемые переходными. Они обусловлены
нелинейностью начального участка передаточной характеристики эмиттерного повторителя (рис. 4.4.6). В диапазоне изменения входного
напряжения  оба транзистора находятся в режиме отсечки и
передаточная характеристика имеет горизонтальный излом.. Переходные искажения проявляются тем сильнее, чем меньше размах входного
напряжения.

Рис. 4.4.6

Для уменьшения переходных искажений используют промежуточный режим АВ. В этом режиме на базы транзисторов подаются небольшие
напряжения смещения. Это позволяет устранить излом начального участка передаточной характеристики и уменьшить переходные искажения.

Обычно источником смещения служат диоды, стабилитроны или транзисторы в диодном включении. Один из вариантов схемы, работающей в
режиме АВ, показан на рис. 4.4.7.

Рис. 4.4.7

Диоды, включенные между базами транзисторов, создают на эмиттерных переходах транзисторов дополнительное смещение. За счет этого
при  транзисторы работают в активном режиме. Как только входное
напряжение становится положительным, транзистор VT2 переходит в режим отсечки. При отрицательном входном напряжении в
отсечке находится VT1. При   по крайней мере один
из транзисторов находится в активном режиме. Таким образом, диоды существенно уменьшают переходные искажения и позволяют получить
передаточную характеристику, близкую к линейной. Часто в качестве диодов используют транзисторы с зашунтированными коллекторными
переходами.

Другая схема усилителя мощности, позволяющая уменьшить переходные искажения, показана на рис. 4.4.8. На входе включены эмиттерные
повторители на транзисторах VT1 и  VT2. Они создают необходимое напряжение смещения на эмиттерных переходах транзисторов VT3 и VT4.
Кроме того, эмиттерные повторители обеспечивают высокое входное сопротивление схемы.

Резисторы и используются для задания эмиттерных токов VT1, VT2
и базовых токов выходных транзисторов. Если транзисторы VT1 – VT4 согласованы, то при и
их токи одинаковы. Резисторы и
являются цепями обратной связи соответственно для VT3 и VT4.

Рис. 4.4.8

Таким образом, цепь на рис. 4.4.8 является буферным усилителем, работающим в режиме АВ, и имеющим коэффициент усиления напряжения,
равный единице.

Режим В.

В этом режиме эмиттерный переход смещен так, что рабочая точка находится на границе области отсечки. Обратимся еще раз к схеме
эмиттерного повторителя на рис. 4.4.1. Примем, что напряжение .
Передаточная характеристика, соответствующая этому случаю, показана на рис. 4.4.3.

Если входной сигнал отсутствует, эмиттерный переход смещен в обратном направлении и транзистор находится в состоянии отсечки. За счет
этого снижается мощность, потребляемая от источника питания.

Когда входное напряжение положительно, эмиттерный переход отпирается и транзистор переходит в активный режим. Выходное напряжение
повторяет форму положительной полуволны выходного напряжения. Во время отрицательной полуволны входного напряжения эмиттерный переход
смещен в обратном направлении, транзистор находится в состоянии отсечки  и выходное напряжение равно нулю. Графики напряжений на входе
и выходе повторителя, работающего в режиме В, показаны на рис. 4.4.4.

Рис. 4.4.3


Рис. 4.4.4

Режим В позволяет значительно увеличить КПД усилителя, поскольку при отсутствии входного сигнала ток транзистора равен нулю.
Следовательно, равна нулю и мощность, потребляемая от источника. Однако  форма выходного сигнала при этом сильно искажена.

Analog Devices AD8221 OP27

Moshe Gerstanhaber

EDN

Современные высокопроизводительные АЦП имеют дифференциальные входы, позволяющие дифференциально реализовать весь путь прохождения сигнала от датчика до преобразователя. Эта структура обеспечивает значительные преимущества в характеристиках, поскольку дифференциальные сигналы расширяют динамический диапазон, уменьшают фон и устраняют помехи по земле. На Рисунках 1а и 1б показаны две распространенные схемы инструментальных усилителей с дифференциальным выходом. Первая имеет единичное усиление, а коэффициент усиления второй равен двум. Обе схемы, однако, по сравнению с инструментальным усилителем с несимметричным выходом, имеют повышенные шумы и ошибки смещения, дрейфа смещения, усиления и дрейфа усиления.

Рисунок 1.Схемы с дифференциальными выходами с коэффициентами усиления один (а) и два (б)
имеют высокие уровни шумов, чрезмерные ошибки смещения и дрейфа смещения, а также
значительные ошибки усиления и дрейфа.

На Рисунке 2 изображен инструментальный усилитель с дифференциальным выходом, не имеющий ни одного из этих недостатков. В схеме используется тот факт, что выходной сигнал инструментального усилителя AD8221 представляет собой разность между выходным напряжением VOUT и напряжением опорного вывода VREF. В этом варианте между двумя выводами добавлен инвертор с усилением –1.

Рисунок 2.Этот инструментальный усилитель с дифференциальным выходом
сохраняет усиление и не добавляет к выходному сигналу ни смещения,
ни дрейфа, ни шума.

Если входное напряжение равно V, выходное напряжение (VOUT – VREF) также должно быть равно V. Напряжение VREF на опорном выводе имеет полярность, противоположную полярности выходного сигнала VOUT. Поэтому выходное напряжение должно быть

а

чтобы выполнить условие

Рисунок 3.Входной сигнал амплитудой 2 В пик-пик и частотой 1 кГц (вверху)
и дифференциальные выходные сигналы (внизу).

Подача сигнала 2.5 В на неинвертирующий вывод операционного усилителя задает уровень выходного синфазного сигнала. Операционный усилитель устанавливает 2.5 В в Узле B. Соответственно, если подать на вход напряжение 1 В, в Узле A установится напряжение 1 В, и 2 В в Узле C. Таким образом, пределы изменения выходного напряжения на 0.5 В выше и на 0.5 В ниже, чем 2.5 В. Ошибки от разности VOUT – VREF являются функцией только инструментального усилителя. Такие артефакты как смещение, шумы и ошибки усиления, порождаемые инвертирующим усилителем и резисторами, одинаково влияют на оба выхода. Поэтому они присутствуют только в синфазном выходном сигнале и подавляются АЦП. Работу усилителя иллюстрирует Рисунок 3. Верхняя осциллограмма соответствует входному сигналу амплитудой 2 В пик-пик с частотой 1 кГц. Нижняя осциллограмма представляет два выходных сигнала. Синфазное выходное напряжение равно 2.5 В. Спектральная плотность дифференциального выходного сигнала показана на Рисунке 4.

Рисунок 4.Спектр выходного дифференциального сигнала амплитудой 2 В пик-пик
с частотой 1 кГц.

Материалы по теме

  1. Datasheet Analog Devices AD8221
  2. Datasheet Analog Devices OP27

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

На английском языке: Instrumentation amp has differential outputs

31 предложений от 24 поставщиков
Исполнение: SOIC-8. IC AMP INST PREC LN 18MA 8SOIC Корпус : SOIC-8 Тип ОУ : Прецизионный Программируемое усиление В/В: Нет Количество…

AliExpressВесь мир 1 шт. AD8221 AD8221ARM AD8221ARMZ MSOP8 JLA ADJLA49 ₽Купить
Стандарт СИЗРоссия AD8221ARMZ-R7Analog Devices107 ₽Купить
ВартаРоссия AD8221AR, SO8, PRECISION INSTRUMENTAL AMPLIFIER,Ind.Analog Devices6 595 ₽Купить
ТаймЧипсРоссия AD8221ARZ-REELAnalog Devicesпо запросуКупить
Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.

Публикации по теме

  • Новости Analog Devices: новый прецизионный инструментальный усилитель с обычным режимом резекции в MSOP корпусе обеспечивает самый широкую полосу пропускания в индустрии — AD8221
  • Статьи Использование усилителя с дифференциальными входами/выходами в приложениях с несимметричными сигналами — LTC6406
  • Новости Mercury приступила к производству недорогих кварцевых генераторов с дифференциальными выходами LVPECL и LVDS — HPK5361, HDK5361
  • Схемы INA333 — инструментальный усилитель с нулевым дрейфом
  • Схемы Инструментальный усилитель компенсирует напряжение смещения системы при работе от одного источника питания

Каскадные схемы широкополосных

Каскадные схемы широкополосных усилителей на полевых и биполярных транзисторах, включенных последовательно по постоянному току, приведены на рис. 8 — 16 [А.Г. Милехин, Р 9/72-38].

В качестве динамической нагрузки полевого транзистора VT1 используется активный элемент — полевой или биполярный транзистор VT2, внутреннее сопротивление которого зависит от амплитуды сигнала на стоке транзистора VT1.

Рис. 8. Каскадная схема широкополосного усилителя на двух транзисторах КП103.

Рис. 9. Каскадная схема широкополосного усилителя на двух транзисторах КП103Ж.

Транзистор VT1 включен по схеме с общим истоком, транзистор VT2 — с общим стоком (рис. 8 — 10). При таком сочетании первый каскад имеет коэффициент усиления по напряжению близкий к единице, благодаря чему он обладает большим запасом устойчивости.

Рис. 10. Каскадная схема широкополосного усилителя на КП103М с ВЧ дросселем.

Кроме того, схема с общим истоком обладает значительным коэффициентом усиления по мощности, что способствует снижению шума двухкаскадного усилителя. Второй каскад, обладая большим коэффициентом устойчивого усиления, позволяет получить необходимое усиление по напряжению. 

Рис. 11. Каскадная схема широкополосного усилителя на КТ361 и КП103Ж.

Наиболее простая схема (рис. 5.8) содержит всего 5 элементов, включая переходные конденсаторы. Несколько усложненный вариант усилителя (с включением в цепь истока каждого полевого транзистора сопротивления смещения) показан на рис. 5.9.

Основные характеристики схемы (рис. 11) соответствуют аналогичным для схемы (рис. 9), коэффициент усиления по напряжению незначительно возрастает, но в целом схема заметно усложняется.

На рис. 12 показан пример практической реализации усилительного каскада, выполненного на основе полевого и биполярного транзисторов (см. также рис. 1).

Рис. 12. Каскадная схема широкополосного усилителя на КТ315 и КП303Г.

Рис. 13. Каскадная схема широкополосного усилителя на двух транзисторах.

Для расширения частотного диапазона входного сигнала в качестве сопротивления в цепи истока верхнего (по схеме на рис. 10) полевого транзистора дополнительно может быть включен высокочастотный дроссель — элемент, реактивное сопротивление которого возрастает с ростом частоты.

Коэффициент усиления каскада в области низких частот (рис. 8) при использовании полевых транзисторов типа КП103Ж достигает 40 дБ при низком уровне шумов.

Коэффициент усиления по напряжению в диапазоне низких частот (от 10 Гц до 10 кГц) каскада на рис. 9 составляет 130 . Максимальный выходной сигнал при напряжении питания 9 В может доходить до 1,4 В. Схема на рис. 11 имеет динамическую нагрузку полевого транзистора, в качестве которой применен биполярный транзистор.

Рис. 14. Каскадная схема широкополосного усилителя на трех транзисторах.

Рис. 15. Широкополосный усилитель на двух транзисторах КП103М и одном ГТ313В.

Рис. 16. Широкополосный усилитель на германиевом транзисторе и двух полевых.

В соответствии со сведениями, систематизированными в литературе [Р 9/72-38], можно привести сводную таблицу 1, характеризующую свойства каскадных усилителей в сопоставимых условиях измерения (для транзисторов КП103М), см. рис. 8 — 10, 13 — 16.

Таблица 1.

2.1.1 Эмиттерный повторитель

Эмиттерным повторителем называют усилитель, в котором транзистор включен по схеме с общим коллектором (рис. 2.1.1). Поскольку внутреннее сопротивление источника питания  мало, коллектор транзистора по переменной составляющей напряжения соединен с общей шиной. Резистор, с которого снимается выходное напряжение, включен в цепь эмиттера.

Рис. 2.1.1

Коэффициент   усиления   напряжения   близок к единице, хотя и не равен ей. Напряжение эмиттера в схеме на рис. 2.1.1 повторяет входной сигнал. Отсюда происходит название схемы – эмиттерный повторитель. В эмиттерном повторителе отсутствует усиление напряжения, но в то же время наблюдается значительное усиление тока. Наибольшего значения, равного , коэффициент усиления тока достигает в режиме короткого замыкания выходных зажимов. Коэффициент усиления мощности равен произведению коэффициентов усиления тока и напряжения.
Эмиттерный повторитель имеет большое входное и малое выходное сопротивления. Если на входе включен делитель напряжения, как на рис. 2.1.1, входное сопротивление определяется сопротивлением параллельной цепочки . Для транзисторов малой и средней мощностей входное сопротивление составляет несколько кОм, а выходное – десятки Ом. Эмиттерные повторители часто используют для согласования высокоомных источников усиливаемых сигналов с низкоомными нагрузками.

Принцип действия

Нагрузкой каскадной схемы повторителя является резистор на эмиттере РЕ. Входной сигнал поступает через первый конденсатор С1, а снятие выходного сигнала происходит через второй конденсатор С2.

Эмиттерный повторитель напряжения имеет очень маленькое входное и большое выходное сопротивление. При переменном токе, когда через транзистор п-р-п типа проходит полуволна положительного переменного напряжения, он сильнее открывается и происходит возрастание тока, при отрицательной полуволне – наоборот. В итоге выходное переменное напряжение имеет одинаковую фазу со входным и является напряжением обратной связи. Выходное напряжение направлено навстречу входному и включено последовательно, поэтому в эмиттерном повторителе используется последовательная отрицательная обратная связь. Выходное напряжение меньше входного на незначительную величину (напряжение база – эмиттер около 0,6 В).

Стабилитрон.

Стабилитрон, кстати, также называют зенеровским диодом. Его вольт-амперная характеристика похожа на характеристику обычного диода:

Но вот используется он буквально противоположно. Посмотрите на схему:

Обратите внимание на то, что катод подключен к плюсу(!), то есть рабочей областью для зенеровского диода является обратная ветвь ВАХ. Пусть на входе имеется нестабильный источник, тогда питающий ток меняется в некоторых пределах, что вообще-то не очень хорошо

При использовании стабилитрона достаточно большим изменениям входного тока соответствуют очень небольшое изменение выходного напряжения. Это следует из вольт-амперной характеристики – видно, что на обратной ветви, при определенном значении напряжения, характеристика круто уходит вниз. То есть при разных значениях тока (в довольно-таки широких пределах) напряжение на стабилитроне практически не изменяется, что нам собственно, и требуется С этим вроде бы все понятно.

У этого способа стабилизации напряжения есть ряд минусов. Во-первых, мы не можем отрегулировать выходное напряжение и установить его на определенное значение, ведь оно определяется характеристикой конкретного стабилитрона. Ну а во-вторых, все-таки стабилитрон не идеален, и в связи с этим пульсации входного напряжения сглаживаются не всегда хорошо.А если через нагрузку ток не течет, то вся мощность должна рассеяться на стабилитроне, то есть при проектировании схем нужно подыскивать стабилитрон с большой мощностью рассеяния. И тут мы возвращаемся к главной теме нашей беседы, то есть к эмиттерному повторителю, который может значительно улучшить схему стабилизации.

Стабилитрон работает так же, как и в предыдущей схеме, то есть стабилизирует напряжение на базе транзистора. Так как это повторитель, то на выходе мы также получаем стабилизированное значение напряжения. А польза такой схемы заключается в том, что теперь ток, протекающий через стабилитрон, не зависит от тока нагрузки (действительно через стабилитрон течет малый ток базы, который потом усиливается транзистором).Ток меньше, а вместе с ним, становится меньше и мощность, рассеиваемая на стабилитроне.

А теперь давайте, вспомним, что мы уже изучили в предыдущих статьях, и прикинем, как бы еще улучшить эту схему. Было бы неплохо (даже очень хорошо!) снизить пульсации тока в стабилитроне. А как можно отфильтровать пульсации? Конечно, же фильтром! Фильтром низких частот (про фильтры уже было раньше – вот тут). Добавляем его в схему:

Вот так и получаются сложные принципиальные схемы – там что-нибудь добавить, тут что-нибудь улучшить, а здесь что-нибудь отфильтровать

Про биполярные транзисторы вообще можно разговаривать практически бесконечно, но читать это потом будет нереально, так, что, пожалуй, на этом сегодня и остановимся. Многое еще надо рассмотреть, так что до скорого, до новых статей!

Оцените статью:
Оставить комментарий
Adblock
detector