Oddajnik tranzistorskega oddajnika: princip delovanja

18. 2. 2019

Zgodovina tranzistorjev se začne v sredini 20. stoletja, ko so leta 1956 trije ameriški fiziki - D. Bardin, U. Brattein, V. Shockley, prejeli Nobelovo nagrado "Za raziskovanje polprevodnikov in odkrivanje tranzistorskega učinka".

Radijski inženiring, ki je začel delovati na svojem področju, je včasih težko razumeti elektronska vezja in namen ene ali druge komponente. Da bi to dosegli, obstajajo določeni razvojni dosežki - že izumljeni načrti ožičenja za tranzistorje in druge elemente z določenimi lastnostmi, iz katerih je mogoče izdelati različne naprave. Eden od teh "opek" v gradnji elektronskih vezij je oddajnik na tranzistorju.

Shema ožičenja tranzistorjev

Obstajajo tri vrste bipolarnih tranzistorjev - s skupno bazo (OB), skupnim oddajnikom (OE) in skupnim kolektorjem (OK).

Najpogostejša povezava (OE), ker daje velik dobiček napetosti in toka. Ena od značilnosti te povezave je inverzija vhodne napetosti na 180 0 . Pomanjkljivost povezave je majhen vhod (stotine ohmov) in velika moč (desetine ohmov) upora.

OE tranzistorsko vezje

Ko je vhodna napetost uporabljena, se tranzistor odpre in tok gre skozi bazo do oddajnika, kolektor pa se poveča. Tok oddajnika se sešteje iz osnovnega toka in toka zbiralnika: IN E = IN B + IN K

V kolektorskem vezju, na uporu , se pojavi napetost, ki je veliko višja od vhodnega signala, kar vodi do povečanja izhodne napetosti in s tem do trenutne moči.

Vključitev tranzistorja po shemi (ON) zagotavlja dobiček napetosti in omogoča delo s širšim frekvenčnim območjem kot shema z (OE), zato se pogosto uporablja na antenskih ojačevalnikih. Ta shema omogoča polno uporabo zmožnosti tranzistorja, da ojača visoke frekvence signala (frekvenčne značilnosti). Višja kot je frekvenca ojačanega signala, nižja je napetost. Ta kaskada ima majhno vhodno in izhodno impedanco.

Vključitev tranzistorja z ON

Vključitev tranzistorja z (OK) daje trenutni dobiček in se pogosto uporablja kot adapter med napajanjem z visoko upornostjo in nizko impedančno obremenitvijo. Tudi ta vključitev se lahko uporablja za ujemanje različnih kaskadnih vezij, ne spreminja polarnosti vhodnega signala.

Vklopite tranzistor v oddajniku z OK

Splošni pojmi o repetitorju

Oddajnik je oddajnik ojačevalnik signala tok, pri katerem pride do vključitve tranzistorja po shemi (OK). Dobitek napetosti signala je praktično enak eni, napetost oddajnika je enaka vhodnemu signalu, zato se vezje imenuje emitorski sledilec. Načelo delovanja naprave bo obravnavano spodaj.

Kljub temu, da ima oddajno napravo napetostno prenosno razmerje enega, ga lahko razvrstimo kot ojačevalnik, ker daje dobiček v toku in s tem v moči: INE = (β +1) x IN B , kjer AND E - tok oddajnika in B - osnovni tok.

Z majhnim uporom napajanje kolektor tranzistorja je priključen na skupno vodilo, upor, iz katerega se odstrani izhodna napetost, pa je priključen na oddajno vezje. Priključitev vhoda in izhoda na zunanja vezja z uporabo kondenzatorjev C 1 in C 2 . Z majhnim faktorjem povečanja napetosti faktor povečanja toka doseže svoj vrh v načinu kratkega stika terminalov na izhodu.

Načelo delovanja

Obremenitev kaskadnega vezja repetitorja je upor na oddajniku R Е. Vhodni signal se napaja preko prvega kondenzatorja C 1 , odstranitev izhodnega signala pa poteka preko drugega kondenzatorja C2.

Oddajnik ima zelo majhen vhod in veliko izhodno impedanco. S izmenični tok, ko je polovični val pozitivne izmenične napetosti skozi tranzistor tipa pnp, se močneje odpre in pride do povečanja toka, z negativnim pol valom - obratno. Posledično ima izhodna AC napetost enako fazo z vhodom in je povratna napetost. Izhodna napetost je usmerjena proti vhodu in je priključena v zaporedju, tako da odzivnik emitorja uporablja dosledno negativne povratne informacije. Izhodna napetost je za majhno količino manjša od vhodne napetosti (napetost izhodnega oddajnika je približno 0,6 V).

Kako narediti obračunsko shemo

Odpadni sledilni tranzistor

Začetni podatki za izračun emitorskega sledilnika so kolektorski tok (I K ) in napajalna napetost (V I):

  • Napetost oddajnika (U E ) mora ustrezati: Y Е = 0,5 x U ВХ (za zagotovitev maksimalnega območja za izhodno napetost).
  • Zdaj morate narediti izračun upora upora na oddajniku: Р Е = У Е / И К.
  • Upornost uporovnega delilnika se izračuna: P 1 -P 2 (izberemo upor tako, da je tok na delilniku približno 10-krat manjši od toka na dnu): D = 0,1 x I K / β, pri čemer je β faktor ojačenja toka tranzistor. Odpornost R 1 + Р 2 = У ВХ / И Д.
  • Izračunamo napetost podlage glede na tla: U Б = У Е + 0,7.

Posebnosti

Oddajnik ima zanimivo funkcijo - kolektorski tok je odvisen samo od upornosti obremenitve in vhodne napetosti, parametri tranzistorja pa ne igrajo pomembne vloge. Šteje se, da imajo takšne sheme 100% povratne informacije o napetosti. Ne morete se bojijo, da gorijo tranzistor, ki uporabljajo moč na osnovo brez omejevalnega upora.

Delovanje emitorskega sledilnika temelji na visoki vhodni impedanci, ki vam omogoča, da se z njim povežete z virom signala z veliko kompleksno impedanco (npr. S sprejemnikom na radiu). Ojačevalnik moči

Zelo pogosto se kot izhodni ojačevalnik v izhodnih stopnjah ojačevalnikov uporablja oddaja signala. Glavna naloga takih vozlišč je prenos določene moči na obremenitev. Najpomembnejši parameter, ki je nastavljen v izračunih moči ojačevalnika, je pridobitev moči , izkrivljanje prenosa signala in učinkovitost (povečanje je potrebno zaradi porabe večine moči napajanja z izhodnim ojačevalnikom) . Povečanje napetosti ni glavni parameter in se običajno približa enotnosti.

Obstaja več načinov delovanja takšne ojačevalne stopnje, odvisno od lokacije delovne točke na grafu karakteristik in s tem različna učinkovitost in značilnosti izhodnega signala.

Načini delovanja

V obravnavanem primeru obratovanja oddaja oddajnika se bo priključek zbiralnika premaknil nazaj, način delovanja pa bo odvisen od oddajne povezave:

  1. V prvem primeru se odmik oddajnika pojavi na tak način, da tranzistor stabilno ne preide v način zasičenosti in repetitor deluje na neposrednem delu grafa prenosne karakteristike (napetosti Y K in Y E sta enaka). Največja izhodna napetost je manjša od vhodne napetosti. Učinkovitost je enaka razmerju med močjo, ki se prenaša na obremenitev na električno energijo, in doseže maksimum (25%) pri najvišji amplitudi izhodne napetosti. Da bi se izognili neusklajenosti izhodnega in vhodnega signala, je treba zmanjšati amplitudo izhodne napetosti, zato se zmanjša tudi učinkovitost. Nizka učinkovitost pri tem načinu delovanja repetitorja je posledica neodvisnosti toka, ki poteka skozi tranzistor, od napajalne napetosti in moči, ki se porabi iz vira energije, je konstantna vrednost. V odsotnosti vhodnega signala je moč, ki jo tranzistor razprši, največja. Zato v tem načinu se oddajnik ne uporablja kot ojačevalnik moči, temveč kot oddajnik rahlo popačenega signala.
  2. Še en način delovanja ojačevalne faze, pri kateri premik emitorskega priključka prinaša obratovalno točko tranzistorja do meje blokirnega območja. Če sprejmemo napetost oddajnika (U E = 0) in vhodnega signala ne prejmemo, je odjemno vezje povratno pristransko in tranzistor je v zaprtem stanju. Posledično se zmanjša poraba energije. Pri prehodu iz vira napajanja pozitivnega polavila se tranzistor odklene (odpre se oddajno križišče), negativni pa ga blokira (ni izhodnega signala). Drugi primer ojačevalne faze rešuje problem s povečanjem učinkovitosti ojačevalnika, ker na tranzistorju ni toka, če ni napajalne napetosti. Vendar pa obstaja pomanjkljivost - močno izkrivljanje izhodnega signala.

Potisni tokokrog

Potisni vlečni odjemalec omogoča trenutno ojačanje v pozitivnem in negativnem območju. Da bi dobili bipolarni izhodni signal, lahko uporabite dopolnilni oddaja emitorja. Načeloma je push-pull vezje dva repetitorja, od katerih vsak poveča signal v pozitivnem ali negativnem pol valu. Vezje je sestavljeno iz dveh tipov bipolarnih tranzistorjev (s pnp in pnp prehodi).

Pritisnite potisni snop emitorja

Načelo delovanja dopolnilne sheme

Ko je vhodna moč odsotna, sta oba tranzistorja izklopljena zaradi odsotnosti napetosti na stičišču oddajnika. S prehodom polavasa pozitivne polarnosti se pojavi odprtje npn tranzistorja, podobno pa prehod negativnega polavasa povzroči odpiranje pnp-tranzistorja.

Močan oddajnik ima izračun učinkovitosti (K = Pi / 4 x Y OUT / U K ), kjer je U o amplituda izhodnega signala; K - napetost na stičišču zbiralnika.

Iz formule je razvidno, da se K poveča z naraščanjem amplitude O O in postane največja z U O = A K (K = Pi / 4 = 0,785).

To kaže, da ima oddajnik na komplementarni shemi bistveno večjo učinkovitost kot običajni repetitor.

Lastnost te sheme je veliko (prehodno) nelinearno popačenje. Pojavljajo se v večji meri kot manjša vhodna napetost (V B ).

Izračun potisnega vlečnega ojačevalnika

Ker potrebujemo oddajnik za pridobivanje moči, bodo izvorni podatki za izračun emitorskega sledilnika: obremenitvena upornost (RN), moč obremenitve ( RN ). Za zmanjšanje neusklajenosti izhodnega in vhodnega signala mora biti napajalna napetost višja za 5 V od amplitude izhodne napetosti.

Formule za izračun stopnje ojačevalnika:

  • Izhodna napetost: O OUT = kvadratni koren (2P N P N ).
  • Napajalna napetost: VX = V E + 5.
  • Izhodni tok: in E = У Е / Р Н.
  • Moč, vzeta iz vira energije: P + + P - = 2 / Pi × U E / P N × U K.
  • Maksimalna disipacija moči na vsakem od tranzistorjev: P 1 = P 2 = У К 2 / Пи 2 Р Н.

Izkrivljanje zmanjšane izhodne napetosti

Push-pull emitorski sledilnik, katerega princip delovanja je opisan zgoraj, se lahko dodatno izboljša z zmanjšanjem prehodnega popačenja izhodnega signala v njegovem tokokrogu.

Za zmanjšanje napetostnih izkrivljanj na izhodu kaskade se lahko uporabi na osnovi napetostnih tranzistorjev, pristranskost izhodne karakteristike.

Diodi ali tranzistorji se uporabljajo za pristranskost, ki prenašajo signal na osnove delovnih tranzistorjev repetitorja.

Krog diode

Dopolnilni emitorski sledilnik z diodami

Pri oddajnih prehodih tranzistorjev T 1 in T 2 se pojavijo zamiki, ki jih povzročajo diode D1 in D2, povezane med bazami tranzistorjev. Ko je vhodna napetost nič, so tranzistorji aktivni. Ko je napetostna polarnost pozitivna, je tranzistor T2 zaklenjen in z negativno napetostno polarnostjo je tranzistor T1 zaklenjen. Ko je vhodni signal nič, je eden od tranzistorjev aktiven, tako da diodno vezje daje izhodno karakteristiko, ki je zelo blizu linearnemu. Namesto diod lahko uporabimo tranzistorje s premostitvenim stičiščem.

Ojačevalnik z dodatnimi oddajniki

Še ena shema, ki zmanjšuje popačenje izhodnega signala, katerega vhod vključuje dva tranzistorja.

Dopolnilni oddajnik z vhodnimi tranzistorji

V tem krogu sta na vhodu nameščena dva repetitorja na tranzistorju, ki ustvarita napetostni odmik za oddajne prehode dveh izhodnih tranzistorjev. Pomembna prednost tega vključevanja bo povečan upor na vhodu kaskade. Emitorski tokovi vhodnih in baznih tokov izhodnih tranzistorjev nastavijo prva dva upora . Druga dva upora sta vključena v povratni tok za izhodne tranzistorje.

Ta možnost priključitve je enojni ojačevalnik.

Kompozitni tranzistorji

Zdaj se tranzistorji proizvajajo kot ločena kaskada dveh tranzistorjev v enem paketu (Darlingtonski krog). Uporabljajo se v čipih v ojačevalnikih na diskretnih komponentah. Zamenjava konvencionalnega tranzistorja z integralno poveča vhod in zmanjša izhodno impedanco vezja.