Zaloguj się
Wszystkie
27 lutego 2024
1038
Idealny obwód dla małych wzmocnień
Podstawowy obwód
Jeśli zachodzi potrzeba wzmocnienia sygnału maksymalnie dziesięciokrotnie, można to bez problemu zrobić za pomocą obwodu z tylko jednym tranzystorem. Najprostszy schemat jednostopniowego wzmacniacza tranzystorowego przedstawiono na rysunku obok. Baza tranzystora jest spolaryzowana za pomocą dzielnika napięcia R1/R2. Emiter jest podłączony bezpośrednio do masy, a wzmocniony sygnał jest pobierany z kolektora. Na bazie zatem ustawione jest napięcie około 0,65 V.
Sygnał do wzmocnienia moduluje to napięcie polaryzacji, powodując mniejszy lub większy przepływ prądu bazy w tranzystorze, a to z kolei zmienia prąd kolektora.
Wady
Obwód ten ma duże wzmocnienie prądowe, a tym samym wysokie wzmocnienie sygnału, ale ma też wady. Największą wadą jest to, że obwód jest bardzo niestabilny. Jeśli temperatura tranzystora nieznacznie się zmieni, prąd kolektora wzrośnie lub spadnie, zmieniając ustalony punkt pracy stopnia. Co więcej, nie ma ujemnego sprzężenia zwrotnego, co oznacza, że zniekształcenia sygnału będą bardzo wysokie.
Ujemne sprzężenie zwrotne emitera
Pierwszym usprawnieniem jest dołożenie małego rezystora R4 w emiterze, jak pokazano na rysunku obok. Rezystor ten tworzy ujemne sprzężenie zwrotne, które drastycznie zmniejsza wzmocnienie, ale zwiększa stabilność i zmniejsza zniekształcenia. Prąd kolektora przepływa teraz również przez rezystor R4 i wytwarza na nim pewne napięcie. To napięcie emitera stabilizuje działanie obwodu. Załóżmy na przykład, że prąd kolektora chciałby wzrosnąć pod wpływem temperatury. W rezultacie większe napięcie odkłada się na rezystorze emitera, powodując spadek napięcia baza/emiter. Baza otrzymuje mniej prądu, przeciwdziałając niepożądanemu wzrostowi prądu kolektora.
Mniejsze wzmocnienie
Prąd sygnału wejściowego też będzie generował niewielkie napięcie sygnału na rezystorze emitera R4. Napięcie to powoduje mniejsze otwarcie tranzystora, również dla tego sygnału, a prąd sygnału w kolektorze staje się znacznie mniejszy niż w przypadku bez rezystora emitera. Powoduje to zmniejszenie wzmocnienia sygnału. Zazwyczaj wartość rezystora emitera R4 jest w przybliżeniu dziesięć razy mniejsza od rezystancji kolektora. Wzmocnienie sygnału jest w przybliżeniu określone przez stosunek wartości rezystorów kolektora i emitera.
Odsprzężony rezystor emiterowy
Po dodaniu tego jednego małego rezystora emiterowego, wzmocnienie sygnału stopnia spada z kilkuset razy do maksymalnie 10…20. Jeśli ten współczynnik wzmocnienia jest zbyt niski i nadal chcemy pracować z pojedynczym tranzystorem, możemy użyć obwodu przedstawionego na rysunku obok. Duży kondensator C3 jest podłączony równolegle z małym rezystorem emitera. Jak wiadomo, kondensator ma bardzo małą impedancję (czyli rezystancję dla prądu przemiennego). W rezultacie rezystor emitera jest obecny dla prądu stałego, który stabilizuje punkt pracy tranzystora, ale jest praktycznie zwarty dla prądów przemiennych, które przepływają przez stopień. W ten sposób obwód pozostaje stabilny termicznie, ale nadal można osiągnąć wzmocnienie sygnału rzędu kilkuset razy.
Duże rozrzuty
Wydaje się to idealne, ale tak nie jest. Istnieją duże różnice wartości współczynnika wzmocnienia między tranzystorami tego samego typu (nawet w obrębie pojedynczej partii produkcyjnej – przyp. tłum.). W rezultacie wzmocnienie AC obwodu może wahać się między 200 a 800 (każdy typ tranzystora ma inny zakres wzmocnień, zależny też od prądu kolektora – przyp. tłum.), co jest sytuacją niepożądaną. Trzeba więc w jakiś sposób ustabilizować również wzmocnienie AC stopnia.
Można to zrobić, rozbudowując obwód do schematu pokazanego na poniższym rysunku. Teraz mały rezystor R5 jest połączony szeregowo z kondensatorem emitera C3. W rezultacie impedancja emitera dla napięcia AC jest teraz określona przez wartość tego rezystora, a wzmocnienie napięcia AC jest określone przez stosunek R3 do R5.
Wniosek: punkt pracy dla napięcia DC stopnia jest stabilizowany przez rezystor R4, a wzmocnienie napięcia AC przez rezystor R5. Dla sygnałów zmiennych R4 i R5 są połączone równolegle, co trzeba uwzględnić przy obliczeniach wzmocnienia, jeśli R4 nie jest znacząco większy od R5 – przyp. tłum.
Przesunięcie fazowe
Wzmacniacz jednotranzystorowy z wejściem w bazie i wyjściem w kolektorze jest z definicji obwodem, który powoduje przesunięcie fazowe o 180°. Jeśli sygnał na bazie wzrośnie, wzmocniony sygnał na kolektorze spadnie.
Facebook
Twitter
Linkedin
Kup teraz
