зачем нужен эмиттерный повторитель

Биполярный транзистор

Автор: Владимир Васильев · Опубликовано 9 сентября 2015 · Обновлено 29 августа 2018

Приветствую вас дорогие друзья! Сегодня речь пойдет о биполярных транзисторах и информация будет полезна прежде всего новичкам. Так что, если вам интересно что такое транзистор, его принцип работы и вообще с чем его едят, то берем стул по удобнее и подходим поближе.

зачем нужен эмиттерный повторитель. Bipoliarnyi tranzistor printcip raboty dlia chainikov. зачем нужен эмиттерный повторитель фото. зачем нужен эмиттерный повторитель-Bipoliarnyi tranzistor printcip raboty dlia chainikov. картинка зачем нужен эмиттерный повторитель. картинка Bipoliarnyi tranzistor printcip raboty dlia chainikov.

Продолжим, и у нас тут есть содержание, будет удобнее ориентироваться в статье 🙂

Виды транзисторов

Транзисторы бывают в основном двух видов: биполярные транзисторы и полевые транзисторы. Конечно можно было рассмотреть все виды транзисторов в одной статье, но мне не хочется варить кашу у вас в голове. Поэтому в этой статье мы рассмотрим исключительно биполярные транзисторы а о полевых транзисторах я расскажу в одной из следующих статей. Не будем все мешать в одну кучу а уделим внимание каждому, индивидуально.

Биполярный транзистор

Триоды за редким исключением применяют в аппаратуре для меломанов.

Биполярные транзисторы выглядеть могут так.

зачем нужен эмиттерный повторитель. Tranzistory 2. зачем нужен эмиттерный повторитель фото. зачем нужен эмиттерный повторитель-Tranzistory 2. картинка зачем нужен эмиттерный повторитель. картинка Tranzistory 2.

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.

зачем нужен эмиттерный повторитель. Provodimost tranzistorov. зачем нужен эмиттерный повторитель фото. зачем нужен эмиттерный повторитель-Provodimost tranzistorov. картинка зачем нужен эмиттерный повторитель. картинка Provodimost tranzistorov.Это изображение транзисторов еще называют УГО (Условное графическое обозначение).

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

Отличие n-p-n транзистора от p-n-p транзистора состоит лишь в том что является «переносчиком» электрического заряда (электроны или «дырки» ). Т.е. для p-n-p транзистора электроны перемещаются от эмиттера к коллектору и управляются базой. Для n-p-n транзистора электроны идут уже от коллектора к эмиттеру и управляются базой. В итоге приходим к тому, что для того чтобы в схеме заменить транзистор одного типа проводимости на другой достаточно изменить полярность приложенного напряжения. Или тупо поменять полярность источника питания.

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.

зачем нужен эмиттерный повторитель. Tranzistor kak diod. зачем нужен эмиттерный повторитель фото. зачем нужен эмиттерный повторитель-Tranzistor kak diod. картинка зачем нужен эмиттерный повторитель. картинка Tranzistor kak diod.

Принцип работы биполярного транзистора

А сейчас мы попробуем разобраться как работает транзистор. Я не буду вдаваться в подробности внутреннего устройства транзисторов так как эта информация только запутывает. Лучше взгляните на этот рисунок.зачем нужен эмиттерный повторитель. Tranzistor chelovek. зачем нужен эмиттерный повторитель фото. зачем нужен эмиттерный повторитель-Tranzistor chelovek. картинка зачем нужен эмиттерный повторитель. картинка Tranzistor chelovek.

Это изображение лучше всего объясняет принцип работы транзистора. На этом изображении человек посредством реостата управляет током коллектора. Он смотрит на ток базы, если ток базы растет то человек так же увеличивает ток коллектора с учетом коэффициента усиления транзистора h21Э. Если ток базы падает, то ток коллектора также будет снижаться — человек подкорректирует его посредством реостата.

Эта аналогия не имеет ничего общего с реальной работой транзистора, но она облегчает понимание принципов его работы.

Для транзисторов можно отметить правила, которые призваны помочь облегчить понимание. (Эти правила взяты из книги П. Хоровица У.Хилла «Искусство схемотехники»).

зачем нужен эмиттерный повторитель. formula usileniia tranzistora. зачем нужен эмиттерный повторитель фото. зачем нужен эмиттерный повторитель-formula usileniia tranzistora. картинка зачем нужен эмиттерный повторитель. картинка formula usileniia tranzistora.

Из этой формулы можно выразить основное свойство транзистора — небольшой ток базы управляет большим током коллектора.

зачем нужен эмиттерный повторитель. Koeffitcient usileniia po toku. зачем нужен эмиттерный повторитель фото. зачем нужен эмиттерный повторитель-Koeffitcient usileniia po toku. картинка зачем нужен эмиттерный повторитель. картинка Koeffitcient usileniia po toku.

-коэффициент усиления по току.

Его также обозначают как зачем нужен эмиттерный повторитель. koef usileniia tranzistora. зачем нужен эмиттерный повторитель фото. зачем нужен эмиттерный повторитель-koef usileniia tranzistora. картинка зачем нужен эмиттерный повторитель. картинка koef usileniia tranzistora.

Исходы из выше сказанного транзистор может работать в четырех режимах:

Для понимания того как работает транзистор нужно рассматривать конкретные схемные примеры, поэтому давайте рассмотрим некоторые из них.

Транзистор в ключевом режиме

Транзистор в ключевом режиме это один из случаев транзисторных схем с общим эмиттером. Схема транзистора в ключевом режиме применяется очень часто. К этой транзисторной схеме прибегают к примеру когда нужно управлять мощной нагрузкой посредством микроконтроллера. Ножка контроллера не способна тянуть мощную нагрузку, а транзистор может. Получается контроллер управляет транзистором, а транзистор мощной нагрузкой. Ну а обо всем по порядку.

Основная суть этого режима заключается в том, что ток базы управляет током коллектора. Причем ток коллектора гораздо больше тока базы. Здесь невооруженным взглядом видно, что происходит усиление сигнала по току. Это усиление осуществляется за счет энергии источника питания.

На рисунке изображена схема работы транзистора в ключевом режиме.

зачем нужен эмиттерный повторитель. skhema tranzistornogo cliucha. зачем нужен эмиттерный повторитель фото. зачем нужен эмиттерный повторитель-skhema tranzistornogo cliucha. картинка зачем нужен эмиттерный повторитель. картинка skhema tranzistornogo cliucha.

Для транзисторных схем напряжения не играют большой роли, важны лишь токи. Поэтому, если отношение тока коллектора к току базы меньше коэффициента усиления транзистора то все окей.

В этом случае даже если к базе у нас приложено напряжение в 5 вольт а в цепи коллектора 500 вольт, то ничего страшного не произойдет, транзистор будет покорно переключать высоковольтную нагрузку.

Главное чтобы эти напряжения не превышали предельные значения для конкретного транзистора (задается в характеристиках транзистора).

Чтож, теперь давайте попробуем рассчитать значение базового резистора.

На сколько мы знаем, что значение тока это характеристика нагрузки.

Мы не знаем сопротивления лампочки, но мы знаем рабочий ток лампочки 100 мА. Чтобы транзистор открылся и обеспечил протекание такого тока, нужно подобрать соответствующий ток базы. Ток базы мы можем корректировать меняя номинал базового резистора.

Так как минимальное значение коэффициента усиления транзистора равно 10, то для открытия транзистора ток базы должен стать 10 мА.

зачем нужен эмиттерный повторитель. Tok bazy. зачем нужен эмиттерный повторитель фото. зачем нужен эмиттерный повторитель-Tok bazy. картинка зачем нужен эмиттерный повторитель. картинка Tok bazy.Ток который нам нужен известен. Напряжение на базовом резисторе будет зачем нужен эмиттерный повторитель. Napriazhenie na rezistora. зачем нужен эмиттерный повторитель фото. зачем нужен эмиттерный повторитель-Napriazhenie na rezistora. картинка зачем нужен эмиттерный повторитель. картинка Napriazhenie na rezistora.Такое значение напряжения на резисторе получилось из-зи того, что на переходе база-эмиттер высаживается 0,6В-0,7В и это надо не забывать учитывать.

В результате мы вполне можем найти сопротивление резистора

зачем нужен эмиттерный повторитель. Soprotivlenie rezistora. зачем нужен эмиттерный повторитель фото. зачем нужен эмиттерный повторитель-Soprotivlenie rezistora. картинка зачем нужен эмиттерный повторитель. картинка Soprotivlenie rezistora.Осталось выбрать из ряда резисторов конкретное значение и дело в шляпе.

Все дело в том, что здесь есть небольшой нюанс.

Лампочка в том случае погаснет, когда потенциал резистора будет равен потенциалу земли. Если же резистор просто отключен от источника напряжения, то здесь не все так однозначно. Напряжение на базовом резисторе может возникнуть чудесным образом в результате наводок или еще какой потусторонней нечисти 🙂

Чтобы такого эффекта не происходило делают следующее. Между базой и эмиттером подключают еще один резистор Rбэ. Этот резистор выбирают номиналом как минимум в 10 раз больше базового резистора Rб (В нашем случае мы взяли резистор 4,3кОм).

Когда база подключена к какому-либо напряжению, то транзистор работает как надо, резистор Rбэ ему не мешает. На этот резистор расходуется лишь малая часть базового тока.

В случае, когда напряжение к базе не приложено, происходит подтяжка базы к потенциалу земли, что избавляет нас от всяческих наводок.

Вот в принципе мы разобрались с работой транзистора в ключевом режиме, причем как вы могли убедиться ключевой режим работы это своего рода усиление сигнала по напряжению. Ведь мы с помощью малого напряжения в 5В управляли напряжением в 12 В.

Эмиттерный повторитель

Эмиттерный повторитель является частным случаем транзисторных схем с общим коллектором.

зачем нужен эмиттерный повторитель. Emitternyi povtoritel. зачем нужен эмиттерный повторитель фото. зачем нужен эмиттерный повторитель-Emitternyi povtoritel. картинка зачем нужен эмиттерный повторитель. картинка Emitternyi povtoritel.

Отличительной чертой схемы с общим коллектором от схемы с общим эмиттером (вариант с транзисторным ключем) является то, что эта схема не усиливает сигнал по напряжению. Что вошло через базу, то и вышло через эмиттер, с тем же самым напряжением.

Действительно допустим приложили к базе мы 10 вольт, при этом мы знаем что на переходе база-эмиттер высаживается где-то 0,6-0,7В. Выходит что на выходе (на эмиттере, на нагрузке Rн) будет напряжение базы минус 0,6В.

зачем нужен эмиттерный повторитель. Raschet napriazhenie na emitternom povtoritele. зачем нужен эмиттерный повторитель фото. зачем нужен эмиттерный повторитель-Raschet napriazhenie na emitternom povtoritele. картинка зачем нужен эмиттерный повторитель. картинка Raschet napriazhenie na emitternom povtoritele.

Получилось 9,4В, одним словом почти сколько вошло столько и вышло. Убедились, что по напряжению эта схема нам сигнал не увеличит.

«В чем же смысл тогда таком включении транзистора?»- спросите вы. А вот оказывается эта схема обладает другим очень важным свойством. Схема включения транзистора с общим коллектором усиливает сигнал по мощности. Мощность это произведение тока на напряжение, но так как напряжение не меняется то мощность увеличивается только за счет тока! зачем нужен эмиттерный повторитель. formula moshchnosti. зачем нужен эмиттерный повторитель фото. зачем нужен эмиттерный повторитель-formula moshchnosti. картинка зачем нужен эмиттерный повторитель. картинка formula moshchnosti.Ток в нагрузке складывается из тока базы плюс ток коллектора. Но если сравнивать ток базы и ток коллектора то ток базы очень мал по сравнению с током коллектора. Получается ток нагрузки равен току коллектора. И в результате получилась вот такая формула.

зачем нужен эмиттерный повторитель. tok nagruzki emitternogo povtoritelia. зачем нужен эмиттерный повторитель фото. зачем нужен эмиттерный повторитель-tok nagruzki emitternogo povtoritelia. картинка зачем нужен эмиттерный повторитель. картинка tok nagruzki emitternogo povtoritelia.

Теперь я думаю понятно в чем суть схемы эмиттерного повторителя, только это еще не все.

Для понимания принципа работы транзистора этих двух транзисторных схем будет вполне достаточно. А если вы еще поэкспериментируете с паяльником в руках то прозрение просто не заставит себя ждать, ведь теория теорией а практика и личный опыт ценнее в сотни раз!

Где транзисторы купить?

Как и все другие радиокомпоненты транзисторы можно купить в любом ближайшем магазине радиодеталей. Если вы живете где-нибудь на окраине и о подобных магазинах не слышали (как я раньше) то остается последний вариант — заказать транзисторы в интернет- магазине. Я сам частенько заказываю радиодетали через интернет-магазины ведь в обычном оффлайн магазине может чего-нибудь просто не оказаться.

Впрочем если вы собираете устройство чисто для себя то можно не париться а добыть из старой, отслужившей свое техники и так сказать вдохнуть в старый радиокомпонет новую жизнь.

Чтож друзья, а на этом у меня все. Все, что планировал я сегодня вам рассказал. Если остались какие-либо вопросы, то задавайте их в комментариях, если вопросов нет то все равно пишите комментарии, мне всегда важно ваше мнение. Кстати не забывайте, что каждый кто впервые оставит комментарий получит подарок.

Также обязательно подпишитесь на новые статьи, потому что дальше вас ждет много интересного и полезного.

Желаю вам удачи, успехов и солнечного настроения!

Источник

Эмиттерный повторитель

Эмиттерный повторитель — это схема с Общим Коллектором (ОК). Вроде бы название должно говорить само за себя, а вот нет. Так что, не забывайте об этом 😉

Схема эмиттерного повторителя

Давайте разберемся, что значит словосочетание «эмиттерный повторитель»? Если досконально разобрать эту фразу, то она означает, что на эмиттере что-то должно повторяться.

Упрощенная схема эмиттерного повторителя выглядит вот так:

зачем нужен эмиттерный повторитель. %D1%8D%D0%BC%D0%B8%D1%82%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%BD%D1%8B%D0%B9%20%D0%BF%D0%BE%D0%B2%D1%82%D0%BE%D1%80%D0%B8%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C. зачем нужен эмиттерный повторитель фото. зачем нужен эмиттерный повторитель-%D1%8D%D0%BC%D0%B8%D1%82%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%BD%D1%8B%D0%B9%20%D0%BF%D0%BE%D0%B2%D1%82%D0%BE%D1%80%D0%B8%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C. картинка зачем нужен эмиттерный повторитель. картинка %D1%8D%D0%BC%D0%B8%D1%82%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%BD%D1%8B%D0%B9%20%D0%BF%D0%BE%D0%B2%D1%82%D0%BE%D1%80%D0%B8%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C.

На первый взгляд вроде бы схема как схема, но она обладает 4 важными свойствами:

1) Напряжение Uвых меньше Uвх на каких-то 0,6-0,7 Вольт (падение напряжения на базе-эмиттере)

2)Uвых в точности повторяет по форме и фазе Uвх

3) Сопротивление со стороны входа (входное сопротивление) большое

4) Сопротивление со стороны выхода (выходное сопротивление) маленькое

Входное и выходное сопротивление эмиттерного повторителя

Раз уж упомянули про входное и выходное сопротивление, то как же его рассчитать? Оказывается, сопротивление со стороны входа (входное сопротивление) рассчитывается очень просто:

где Rэ — это сопротивление резистора в цепи эмиттера

Также не стоит забывать, что когда мы цепляем нагрузку, то меняется и входное сопротивление, так как параллельно Rэ мы цепляем какое-то сопротивление, являющееся нагрузкой.

Эмиттерный повторитель уменьшает выходное сопротивление источника сигнала в β раз. Допустим, если у нас выходное сопротивление источника сигнала равняется 500 Ом, а β в схеме эмиттерного повторителя равняется 100, то на выходе эмиттерного повторителя мы уже получим источник сигнала с выходным сопротивлением в 5 Ом.

Но опять же, раз выходной сигнал у нас стает меньше на 0,6-0,7 Вольт, получается, что он даже меньше входного!?

зачем нужен эмиттерный повторитель. original%20jaky. зачем нужен эмиттерный повторитель фото. зачем нужен эмиттерный повторитель-original%20jaky. картинка зачем нужен эмиттерный повторитель. картинка original%20jaky.

Значит схема не усиливает напряжение, а даже его чуток ослабляет). Вот тебе и транзистор — усилитель сигналов)) Но-но! Рано огорчаться. Так как входное сопротивление такой схемы большое, значит, мы можем нагрузить на вход эмиттерного повторителя какой-либо сигнал, не боясь, что он просядет, а на выход мы можем подключить низкоомную нагрузку. В этом и заключается вся прелесть 😉

Так, а теперь давайте представим, что было бы, если бы мы напрямую, без эмиттерного повторителя, подали сигнал в низкоомную нагрузку с генератора сигнала с высоким выходным сопротивлением? Да сигнал у нас просел бы в несколько раз! Чтобы это понять, читаем статью про входное и выходное сопротивление.

Для чего нужна эта схема

Значит, эмиттерный повторитель в электронике выполняет роль миротворца между источником сигнала с высоким выходным сопротивлением и низкоомной нагрузкой. Еще более простыми словами: эмиттерный повторитель понижает выходное сопротивление источника сигнала. В этом и заключается его роль в электронике 😉

Расчет эмиттерного повторителя

Наше техническое задание звучит так:

Ра НННННннванвыавпНннаНаНННГггываYfit YFutYfsdfYYYYyhfsdfYf Рассчитать схему эмиттерного повторителя для звукового сигнала. +Uпит=12 Вольт.

зачем нужен эмиттерный повторитель. %D1%8D%D0%BC%D0%B8%D1%82%D0%B5%D1%80%20%D0%BF%D0%BE%D0%B2%D1%82%D0%BE%D1%80. зачем нужен эмиттерный повторитель фото. зачем нужен эмиттерный повторитель-%D1%8D%D0%BC%D0%B8%D1%82%D0%B5%D1%80%20%D0%BF%D0%BE%D0%B2%D1%82%D0%BE%D1%80. картинка зачем нужен эмиттерный повторитель. картинка %D1%8D%D0%BC%D0%B8%D1%82%D0%B5%D1%80%20%D0%BF%D0%BE%D0%B2%D1%82%D0%BE%D1%80.

1) Так как звук у нас представляет колебание как в одну, так и в другую сторону, следовательно, наш сигнал должен колебаться как в положительную, так и в отрицательную сторону. Поэтому, чтобы сигнал имел как можно больший размах, мы должны сделать так, чтобы он находился в середине активного режима. Так как мы сигнал будем снимать с эмиттера, следовательно, в статическом режиме (то есть когда НЕ подаем сигнал на вход нашего эмиттерного повторителя) у нас напряжение на эмиттере должно быть равно половине напряжения питания. Или буквами:

2) Чтобы зря не рассеивать на транзисторе тепло, оптимальный ток покоя берут в 1 мА. Это значит, что по цепи +12В——> коллектор——-> эмиттер——>Rэ ——>земля должен течь ток с силой в 1 мА. Здесь мы не учитываем крохотный ток базы. Как этого добиться? Вспоминаем закон Ома для участка цепи и высчитываем номинал резистора:

Rэ=6 В/0,001 А=6 000 Ом = 6 КилоОм.

Берем ближайший из ряда на 6,2 КилоОма

3) Какая же сила тока должна течь через базу-эмиттер, чтобы обеспечить ток покоя в 1 мА? Так как в нашем примере ток эмиттера Iэ почти равен току коллектора Iк (если, конечно, не учитывать крохотный базовый ток) то вспоминаем формулу зависимости тока базы от тока коллектора:

зачем нужен эмиттерный повторитель. %D0%BA%D0%BE%D1%8D%D1%84%D1%84%D0%B8%D1%86%D0%B8%D0%B5%D0%BD%D1%82%20%D0%B1%D0%B5%D1%82%D0%B0. зачем нужен эмиттерный повторитель фото. зачем нужен эмиттерный повторитель-%D0%BA%D0%BE%D1%8D%D1%84%D1%84%D0%B8%D1%86%D0%B8%D0%B5%D0%BD%D1%82%20%D0%B1%D0%B5%D1%82%D0%B0. картинка зачем нужен эмиттерный повторитель. картинка %D0%BA%D0%BE%D1%8D%D1%84%D1%84%D0%B8%D1%86%D0%B8%D0%B5%D0%BD%D1%82%20%D0%B1%D0%B5%D1%82%D0%B0.

зачем нужен эмиттерный повторитель. . зачем нужен эмиттерный повторитель фото. зачем нужен эмиттерный повторитель-. картинка зачем нужен эмиттерный повторитель. картинка .

Итого, β (hFE на транзистор-тестере) равно около 300, падение напряжения 0,55 Вольт.

Следовательно, Iб = Iк / β = 1/300 = 3,3 мкА

4)Высчитываем ток делителя напряжения, который образуют два резистора: Rб и Rэ. Его берут в основном в 10 раз больше, чем ток базы:

5)Считаем напряжение на базе. Оно равняется:

6)Теперь для простоты расчета чертим небольшую схемку:

зачем нужен эмиттерный повторитель. %D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D1%88%D0%B2%D0%B0%D1%8B%D0%B2. зачем нужен эмиттерный повторитель фото. зачем нужен эмиттерный повторитель-%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D1%88%D0%B2%D0%B0%D1%8B%D0%B2. картинка зачем нужен эмиттерный повторитель. картинка %D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D1%88%D0%B2%D0%B0%D1%8B%D0%B2.

Из закона Ома получаем следующие расчеты:

Rбэ = 6,55 В / 33 мкА = 200 КилоОм. Берем ближайший из ряда на 200 КилоОм.

Так как сумма падений напряжений на резисторах равняется Uпит, следовательно, на Rб будет напряжение 12-6,55 = 5,45 Вольта.

Rб = 5,45 В / 33 мкА = 165 КилоОм. Берем ближайший из ряда на 150 КилоОм.

7)Конденсаторы в схеме нам служат для того, чтобы убрать постоянную составляющую, то есть постоянный ток, который присутствует на базе и эмиттере. Нам ведь нужен только переменный сигнал без примеси постоянного тока, так ведь? Для выбора конденсаторов правило простое: постоянная времени RС-цепи должна быть больше периода передаваемого сигнала самой низкой частоты примерно в 100 раз.

Входное сопротивление эмиттерного повторителя высчитывается по формуле:

Rвх = Rэ х β = 6000 х 300 = 1,8 МегаОм.

Для звукового сигнала самая низкая частота — это 20 Герц (предел слуха человека средних лет), находим период и значение конденсатора:

С1= 5 / 1,8 х 10 6 = 2,7 мкФ. То есть берем конденсатор от 2,7 мкФ. Думаю, 10 мкФ будет самое оно.

С2 — это вход какого-либо следующего каскада, следовательно, он рассчитывается аналогично. В нашем примере возьмем его на 100 мкФ, так как чем низкоомнее нагрузка, тем большая емкость должна быть на выходе каскада.

Следовательно, вся наша схема будет с такими параметрами:

зачем нужен эмиттерный повторитель. %D1%82%D1%80%D0%B0%D1%82%D0%B0%20%D1%82%D0%B0. зачем нужен эмиттерный повторитель фото. зачем нужен эмиттерный повторитель-%D1%82%D1%80%D0%B0%D1%82%D0%B0%20%D1%82%D0%B0. картинка зачем нужен эмиттерный повторитель. картинка %D1%82%D1%80%D0%B0%D1%82%D0%B0%20%D1%82%D0%B0.

Собираем схему в реале и проверяем в деле:

зачем нужен эмиттерный повторитель. . зачем нужен эмиттерный повторитель фото. зачем нужен эмиттерный повторитель-. картинка зачем нужен эмиттерный повторитель. картинка .

Итак, входной сигнал у нас будет красным цветом, выходной — желтым. Подаем сигнал с генератора частоты амплитудой в 0,5 Вольт. Не цепляем пока никакую нагрузку и смотрим, что у нас получилось:

зачем нужен эмиттерный повторитель. 20141010 462744. зачем нужен эмиттерный повторитель фото. зачем нужен эмиттерный повторитель-20141010 462744. картинка зачем нужен эмиттерный повторитель. картинка 20141010 462744.

Как вы видите, у нас получилось два абсолютно одинаковых сигнала, которые даже по фазе повторяют друг друга. Короче говоря, что на входе, то и на выходе.

Но фишка немного в другом. Давайте я сейчас нагружу входной сигнал резистором в 500 Ом. Область, выделенную штрихпунктирной линией мы пока что НЕ рассматриваем.

зачем нужен эмиттерный повторитель. %D1%82%D1%80%D0%B0%D0%BD%D0%B7%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%BE%D1%80%20%D0%B8%D1%81%D0%BF%D1%80%D0%B0%D0%B2%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%B9. зачем нужен эмиттерный повторитель фото. зачем нужен эмиттерный повторитель-%D1%82%D1%80%D0%B0%D0%BD%D0%B7%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%BE%D1%80%20%D0%B8%D1%81%D0%BF%D1%80%D0%B0%D0%B2%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%B9. картинка зачем нужен эмиттерный повторитель. картинка %D1%82%D1%80%D0%B0%D0%BD%D0%B7%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%BE%D1%80%20%D0%B8%D1%81%D0%BF%D1%80%D0%B0%D0%B2%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%B9.

Какое напряжение Uвх у нас сразу станет? Все зависит от выходного сопротивление генератора. Так как я подаю сигнал через делитель напряжения, сделанный на потенциометре, следовательно, у меня красный сигнал очень сильно просядет, что мы и видим на осциллограмме ниже. На желтый пока что не обращайте внимание.

зачем нужен эмиттерный повторитель. 20141010 463024. зачем нужен эмиттерный повторитель фото. зачем нужен эмиттерный повторитель-20141010 463024. картинка зачем нужен эмиттерный повторитель. картинка 20141010 463024.

Но что будет, если я нагружу этот сигнал тем же самым резистором в 500 Ом через эмиттерный повторитель? Ставим резистор на выход эмиттерного повторителя:

зачем нужен эмиттерный повторитель. %D0%BA%D1%82%20815%20%D1%81%D1%85%D0%B5%D0%BC%D0%BA%D0%B0. зачем нужен эмиттерный повторитель фото. зачем нужен эмиттерный повторитель-%D0%BA%D1%82%20815%20%D1%81%D1%85%D0%B5%D0%BC%D0%BA%D0%B0. картинка зачем нужен эмиттерный повторитель. картинка %D0%BA%D1%82%20815%20%D1%81%D1%85%D0%B5%D0%BC%D0%BA%D0%B0.

зачем нужен эмиттерный повторитель. 20141010 463103. зачем нужен эмиттерный повторитель фото. зачем нужен эмиттерный повторитель-20141010 463103. картинка зачем нужен эмиттерный повторитель. картинка 20141010 463103.

Входной сигнал даже не просел, даже тогда, когда мы его нагрузили через эмиттерный повторитель ;-).

Недостатки эмиттерного повторителя

Есть, конечно, большой минус эмиттерного повторителя. Заключается он в том, что сигнал на выходе тупо срезается при отрицательной полуволне при сильной низкоомной нагрузке. Поставив резистор в 100 Ом, у нас получается вот такой ералаш:

зачем нужен эмиттерный повторитель. 20141010 463813. зачем нужен эмиттерный повторитель фото. зачем нужен эмиттерный повторитель-20141010 463813. картинка зачем нужен эмиттерный повторитель. картинка 20141010 463813.

Но почему так произошло?

Не хочу приводить дотошные формулы и выводить их, просто скажу, что из-за слишком низкоомной нагрузки, у нас получается так, что на эмиттере напряжение стает больше, чем на базе, а следовательно, транзистор тупо «затыкается», так как в этом случае PN-переход оказывается включен в обратном направлении.

зачем нужен эмиттерный повторитель. %D1%8D%D0%BC%D0%B8%D1%82%D0%B5%D1%80%20%D0%BF%D0%BE%D0%B2%D1%82%D0%BE%D1%80. зачем нужен эмиттерный повторитель фото. зачем нужен эмиттерный повторитель-%D1%8D%D0%BC%D0%B8%D1%82%D0%B5%D1%80%20%D0%BF%D0%BE%D0%B2%D1%82%D0%BE%D1%80. картинка зачем нужен эмиттерный повторитель. картинка %D1%8D%D0%BC%D0%B8%D1%82%D0%B5%D1%80%20%D0%BF%D0%BE%D0%B2%D1%82%D0%BE%D1%80.

Как же с этим бороться?

Можно уменьшить Rэ , но тогда и ток покоя будет больше, что приведет опять же к расточительству электроэнергии и нагреву транзистора.

β1 — коэффициент усиления первого транзистора

β2 — коэффициент усиления второго транзистора

Вот так выглядит транзистор Дарлингтона:

зачем нужен эмиттерный повторитель. %D0%B4%D0%B0%D1%80%D0%BB%D0%B8%D0%BD%D0%B3%D1%82%D0%BE%D0%BD%D0%B0%20%D1%82%D1%80%D0%B0%D0%BD%D0%B7%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%BE%D1%80. зачем нужен эмиттерный повторитель фото. зачем нужен эмиттерный повторитель-%D0%B4%D0%B0%D1%80%D0%BB%D0%B8%D0%BD%D0%B3%D1%82%D0%BE%D0%BD%D0%B0%20%D1%82%D1%80%D0%B0%D0%BD%D0%B7%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%BE%D1%80. картинка зачем нужен эмиттерный повторитель. картинка %D0%B4%D0%B0%D1%80%D0%BB%D0%B8%D0%BD%D0%B3%D1%82%D0%BE%D0%BD%D0%B0%20%D1%82%D1%80%D0%B0%D0%BD%D0%B7%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%BE%D1%80.

Если Вам будет понятнее в видео, то вот для Вас:

Заключение

Также в ретроусилителях мощности уже не парятся и используют эмиттерные повторители в так называемом режиме работы класса B, где усиливается по току только одна полуволна сигнала каждым транзистором. А если честно, лучше вообще забить на этот эмиттерный повторитель, так как есть радиоэлементы, которые не надо рассчитывать и которые выдают усиление во много раз превосходящее, чем у эмиттерного повторителя и без всяких заморочек.

Источник

Зачем нужен эмиттерный повторитель

Автор: misterzu
Опубликовано 20.05.2015
Создано при помощи КотоРед.

В этой статье я постараюсь проанализировать проблему линейности каскада, построенном на транзисторе, включенном по схеме с общим коллектором:

зачем нужен эмиттерный повторитель. 01 pre. зачем нужен эмиттерный повторитель фото. зачем нужен эмиттерный повторитель-01 pre. картинка зачем нужен эмиттерный повторитель. картинка 01 pre.

..и придумать что с ней можно поделать. Такой каскад так же известен под названием “эмиттерный повторитель” и обычно используется как буфер между высокоомным источником сигнала и низкоомной нагрузкой. Он не изменяет амплитуду сигнала, но возможность подключения более низкоомной нагрузки при той же амплитуде означает усиление мощности, так что этот каскад, как и другие типы транзисторных каскадов, является усилительным. Его часто можно встретить в схемах УНЧ, стоящим в качестве входного буфера. Так же существует множество любительских и не очень конструкций усилителей для головных телефонов, “сердцем” (точнее – выхлопом J), а то и единственным органом которых и является эмиттерный повторитель, построенный на одиночном или составном транзисторе.

Начнем с определения линейности усилительной цепи. Надо признаться, я сейчас загуглил этот термин в поисках откуда бы стырить красивое объяснение этого простого вроде бы по своей сути понятия – и с ходу не нашел такого. Так что придется писать самому.

зачем нужен эмиттерный повторитель. 02. зачем нужен эмиттерный повторитель фото. зачем нужен эмиттерный повторитель-02. картинка зачем нужен эмиттерный повторитель. картинка 02.

зачем нужен эмиттерный повторитель. 03 pre. зачем нужен эмиттерный повторитель фото. зачем нужен эмиттерный повторитель-03 pre. картинка зачем нужен эмиттерный повторитель. картинка 03 pre.

Разберемся, что они значат. Оба эти графика отображают зависимость характеристик транзистора от режима его работы, а точнее – от силы тока, проходящего через переход коллектор-база. Первая картинка – показывает зависимость коэффициента передачи от тока коллектора, а вторая – зависимость падения напряжения на переходе база-эмиттер от тока коллектора. На самом деле эти графики не показывают абсолютно всего, что влияет на эти два параметра, но в нормальном режиме работы каскада они таки характеризуют самый главный фактор влияния. Снова вернемся к эмиттерному повторителю. Рассмотрим, что же такого ужасного с ним будет происходить, описанного в этих двух графиках, что вместо повторителя сигнала он окажется немного “искажателем”. Если мы на вход нашего повторителя, сделанного по обычной классической схеме как в картинке из Википедии будем подавать различный сигнал, к примеру напряжением 3 и 5V, то произойдут следующие Очень Важные Вещи:

1) Напряжение на выходе высокоомного источника сигнала будет немного зависеть от силы тока, которую с него будет тянуть повторитель.

2) Напряжение на выходе повторителя (то есть на эмиттере транзистора) будет равняться напряжению приложенному к его входу (то есть на базе транзистора) минус падение напряжение на переходе база-эмиттер

3) Сила тока через переход эмиттер-база будет равна напряжению на выходе повторителя, поделенному на всю ту нагрузку, которая на нем бедном висит. Закон Ома, однако: зачем нужен эмиттерный повторитель. 04 pre. зачем нужен эмиттерный повторитель фото. зачем нужен эмиттерный повторитель-04 pre. картинка зачем нужен эмиттерный повторитель. картинка 04 pre.

5) А еще сила тока через эмиттер будет равна силе тока через коллектор + сила тока через базу. Правило Кирхгофа работает и для транзисторов тоже. Жаль только что в этих ваших интернетах не нашлось прикольной картинки для него.

Итак, режим работы транзистора определяется вышеописанными факторами. Внимательно посмотрим на первый график, для определенности уточню– на левый график. Из него получается, что коэффициент передачи тока зависит от… тока через коллектор. А ток через коллектор – определяется током через базу помножить на коэффициент передачи, который от него же зависит.. Мозг еще не сломался? Тогда продолжаем. На самом деле самое важное тут то, что с изменением напряжения на выходе транзистору будет сосать из источника ток не пропорционально ЭДС которую тот создает, а с учетом того, что его коэффициент передачи при этом так же изменяется. Источник сигнала на выходе, как помним, довольно высокоомный (по сравнению с нагрузкой). Иначе зачем мы бы вешали после него повторитель? А значит при изменении напряжения источника в N раз, напряжение на входе транзистора упадет на сопротивлении источника в не равное N раз число, ну и напряжение на выходе от этого так же пострадает. Вот она – причина нелинейность. Говоря умным языком – нелинейность коэффициента передачи транзистора в такой схеме ведет к нелинейности ее входного сопротивления, а она в свою очередь ведет к нелинейности функции Выход(вход). Но на самом деле – это не самая страшная причина. Дело в том, что нынче научились делать транзисторы с достаточно линейным коэффициентом передачи, который практически не зависит от тока коллектора. Для примера, график hfe транзистора 2sc4883: зачем нужен эмиттерный повторитель. 05 pre. зачем нужен эмиттерный повторитель фото. зачем нужен эмиттерный повторитель-05 pre. картинка зачем нужен эмиттерный повторитель. картинка 05 pre.

зачем нужен эмиттерный повторитель. 06 pre. зачем нужен эмиттерный повторитель фото. зачем нужен эмиттерный повторитель-06 pre. картинка зачем нужен эмиттерный повторитель. картинка 06 pre.

зачем нужен эмиттерный повторитель. 07 pre. зачем нужен эмиттерный повторитель фото. зачем нужен эмиттерный повторитель-07 pre. картинка зачем нужен эмиттерный повторитель. картинка 07 pre.

“Хм, что-то это напоминает”, правда? На самом деле напоминать это должно две вещи. Во-первых то, что эта картинка скопирована из симулятора Multisim, и далее я с помощью него кое что продемонстрирую. Во-вторых – эта схема – возникла из одной из широко применяемых простейших схем источника тока:

зачем нужен эмиттерный повторитель. 08 pre. зачем нужен эмиттерный повторитель фото. зачем нужен эмиттерный повторитель-08 pre. картинка зачем нужен эмиттерный повторитель. картинка 08 pre.

зачем нужен эмиттерный повторитель. 09 pre. зачем нужен эмиттерный повторитель фото. зачем нужен эмиттерный повторитель-09 pre. картинка зачем нужен эмиттерный повторитель. картинка 09 pre.

Видим, что при потребляемом токе в 10мА повторитель повторяет сигнал в 500 Омную нагрузку, внося в него 0.087% искажений, имеющих характерный для однотактовых схем красиво спадающий спектр. Хорошо это или плохо? Все познается в сравнении. Сравним это, поставив вместо R1 источник тока (идеальный!) «размером» в те же 10мА:

зачем нужен эмиттерный повторитель. 10 pre. зачем нужен эмиттерный повторитель фото. зачем нужен эмиттерный повторитель-10 pre. картинка зачем нужен эмиттерный повторитель. картинка 10 pre.

зачем нужен эмиттерный повторитель. 11 pre. зачем нужен эмиттерный повторитель фото. зачем нужен эмиттерный повторитель-11 pre. картинка зачем нужен эмиттерный повторитель. картинка 11 pre.

зачем нужен эмиттерный повторитель. 12 pre. зачем нужен эмиттерный повторитель фото. зачем нужен эмиттерный повторитель-12 pre. картинка зачем нужен эмиттерный повторитель. картинка 12 pre.

(На самом деле получилось еще несколько вариантов, некоторые из которых включали полевой транзисторв вместо Q1/Q2 и были способны отдавать 3В в нагрузку 8Ом при потребляемом токе 280мА. Но я решил выбрать этот, как вроде самый лучший для данной задачи.)

Помимо использования составных транзисторов, я тут добавил еще вспомогательный ИТ, который еще немного повысил линейность всей схемы. Так же появилась антивозбудная цепочка R3C2, но о ней позже. А вот для сравнения искажения, которые выдает повторитель с нагрузкой-ИТ с аналогичным потребляемым током в аналогичном сигнальном режиме (2Vpk on 32 Ohm load):

зачем нужен эмиттерный повторитель. 13 pre. зачем нужен эмиттерный повторитель фото. зачем нужен эмиттерный повторитель-13 pre. картинка зачем нужен эмиттерный повторитель. картинка 13 pre.

Но симулянтор – это конечно показательно и практично, но гораздо показательнее и практичнее – реальная практика. Потому в этот выходной я на скорую руку собрал на макетке девайс:

зачем нужен эмиттерный повторитель. 14 pre. зачем нужен эмиттерный повторитель фото. зачем нужен эмиттерный повторитель-14 pre. картинка зачем нужен эмиттерный повторитель. картинка 14 pre.

Первое что я обнаружил при включении – возбуд на мегагерцовых частотах. Но с высокочастотными Дарлингтонами я это уже проходил, и в схеме появились R3/C2. Фактические условия возникновения такого возбуждения зависят от применяемых элементов и разводки, так что указанные номиналы – полезны лишь как ориентир. Более того R3 поставил от балды, возможно схема будет стабильно и при меньшем его значении. Далее я обнаружил, что рабочий ток заметно выше чем расчетный, потому сопротивление R2 на физическом макете составляло 8.2 Ома, а не 6.8 как в модели. По-видимому это объясняется или не точностью данных модели или особенностями конкретно этих транзисторов. После устранения этих мелких неприятностей схема заработала как полагается, нарисовав мне красивейший меандр от генератора осциллографа. Потом я подключил схему к EMU0404 USB и сделал несколько тестов в RMAA под нагрузкой 34 Ома (2 резистора по 68Ом спаянных). Тест показал совпадение с точностью до погрешности предсказанного уровня THD на амплитудах 1В и 3В. После чего я сложил все в тумбочку и сел писать эту статьюJ

Источник

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *