Közös emitter kaszkád

Amikor egy bipoláris tranzisztort bekapcsolnak egy közös emitteres (CE) áramkörben, a bemeneti jel az emitterhez képest az alapra kerül, a kimeneti jel pedig a kollektorból az emitterhez viszonyítva kerül vételre. Ebben az esetben a kimeneti jel megfordul a bemenethez képest (nem túl nagy frekvenciájú harmonikus jel esetén a kimeneti jel fázisa 180 ° -kal eltolódik a bemenethez képest, magas frekvenciákon a fáziseltolás eltér a 180-tól ° a tranzisztor tehetetlensége miatt).

Ez a tranzisztor beépítése lehetővé teszi a legnagyobb teljesítménynövelést , mivel mind az áram, mind a feszültség felerősödik.

A tranzisztor beépítésének általános leírása az OE áramkör szerint

A bipoláris tranzisztorok a térhatású tranzisztorokkal ellentétben olyan eszközök, amelyeket az alapáram vezérel. A közvetlenül előfeszített bázis-emitter átmenet feszültsége szinte állandó marad, és a félvezető anyagától függ, germániumnál körülbelül 0,2 V, szilíciumnál körülbelül 0,65 V, de a vezérlőfeszültség magára a kaszkádra van kapcsolva.

A tranzisztorelektródák alap-, kollektor- és emitteráramát, valamint egyéb áramait és feszültségeit az Ohm-törvény és a Kirchhoff-szabályok segítségével számíthatjuk ki egy elágazó többhurkos áramkörre.

A tranzisztorban lévő áramok a következő összefüggésekkel függenek össze:

A csomópontokra vonatkozó Kirchhoff-szabály szerint mindhárom áram algebrai összege ( az emitteráram, a kollektoráram és az alapáram) egyenlő nullával: ${\displaystyle I_{e},\ I_{c},\ I_{b))$

\sum _{k=1}^{3}I_{k}=0,

I_{c}=I_{b}\cdot \beta ,

I_{e}=I_{c}+I_{b}=I_{b}\cdot (\beta +1),

ahol a tranzisztor áramerősítése egy közös emitterrel rendelkező áramkörben, vagy az alap-kollektor áramátviteli tényezője;

\beta =\alpha /(1-\alpha )

\alpha =I_{c}/I_{e}

az emitter áramátviteli tényezője vagy az emitter-kollektor áramátviteli tényezője.

Jelenlegi nyereség : $K_{I}$

K_{I}=I_{out}/I_{in}=I_{c}/I_{b}=I_{c}/(I_{e}-I_{c})=\alpha /(1 -\alpha )=\beta ,\ \ \beta \gg 1.

Bemeneti impedancia : $R_{{in}}$

R_{in}=U_{in}/I_{in}=U_{be}/I_{b}.

A legegyszerűbb erősítő fokozat közös emitterrel

Az 1. ábra a legegyszerűbb közös emitteres fokozatot és annak jel-, táp- és terhelési forrásokhoz való csatlakozását mutatja.

A kaszkád a következőkből áll:

tranzisztor ; $VT1$
alapellenállás , amely beállítja a tranzisztor kezdeti DC előfeszítését; ${\displaystyle R_{b))$
ellenállás , amely a kollektoráram változását a kollektoron szinkronosan változó feszültséggé alakítja, és beállítja az áram kezdeti működési pontjának helyzetét is. $R_{c}$

A bemeneti jel állandó összetevőjének kiküszöbölése érdekében a jelforrást egy leválasztó kondenzátoron keresztül csatlakoztatják a kaszkád bemenetéhez . Ugyanebből a célból a kaszkád kimenete kondenzátoron keresztül csatlakozik a terheléshez . Mivel a kondenzátorok további reaktanciát vezetnek be a bemeneti és kimeneti áramkörökbe , alacsony frekvenciákon csökkentik a kaszkád átviteli együtthatóját, de kapacitásaik kellően nagy értékeinek megválasztásával ez a csökkenés csökkenthető. $C_{P1}$ $R_{H}$ $C_{P2}$

A kaszkád terhelése, amely az ábrán ellenállásként látható , különféle eszközöket vagy áramköröket jelenthet, például elektrodinamikus hangszórót , valamilyen jelzőt, egy másik erősítő fokozat bemenetét stb. $R_{H}$

A kaszkád működési módja

Aktív erősítő üzemmódban a tranzisztor nyitva van, a kollektor feszültsége, bemeneti jel hiányában a dinamikatartomány bővítéséhez, körülbelül a tápfeszültség fele - a kezdeti működési pont helyzete, amelyet az alap állít be. az ellenálláson átfolyó áram . $VT1$ $E_{P}$ ${\displaystyle R_{b))$

A bemeneti jelből származó állandó feszültség a bázison az emitterhez viszonyítva alig változik, és megközelítőleg 0,2 V germánium és 0,65 V szilícium tranzisztorok esetén. A feszültség hozzávetőleges állandóságát az magyarázza, hogy az alapáramtól való függése logaritmikus. $U_{{be}}$ $U_{{be}}$

Ezt szem előtt tartva, üzemmódban a kollektor állandó feszültségét teljesen az ellenálláson keresztül a bázisba áramló áram határozza meg : $R_{c}$ ${\displaystyle R_{b))$

{\displaystyle U_{c}=E_{P}-I_{c}R_{c}=E_{P}-\beta I_{b}R_{c))

=E_{P}-\beta R_{c}{\frac {E_{P}-U_{be}}{R_{b}}},

ahol a tranzisztor áramerősítése egy közös emitterrel rendelkező áramkörben.

\beta

VT1

Így annak érdekében, hogy a kollektoron nyugalmi üzemmódban feszültséget kapjunk egy adott értéken , az alapáramkör ellenállását a következő értékkel kell beállítani : $U_{c}$ $R_{c}$ ${\displaystyle R_{b))$

R_{b}=\beta R_{c}{\frac {E_{P}-U_{be}}{E_{P}-U_{c}}}.

A kaszkád bemeneti és kimeneti ellenállásai

A kaszkád bemeneti és kimeneti ellenállása egyenlő: $R_{{in}}$ $Csődület}}$

R_{in}=R_{b}||r_{b}={\frac {R_{b}r_{b}}{R_{b}+r_{b}}},

R_{out}=R_{c}||r_{c}={\frac {R_{c}r_{c}}{R_{c}+r_{c}}},

ahol és a tranzisztor bázisának és kollektorának belső ellenállása, ill. A szimbólum rövidítése az ellenállások párhuzamos kapcsolására vonatkozik.

r_{b}

r_{c}

||

Jelerősítés

A forrásjel a sorosan kapcsolt forrás belső ellenállásán és a fokozat bemeneti ellenállásán keresztül jut be a fokozat bemenetére , ami a bemeneti áramot okozza: $U_{G}$ $R_{G}$ $R_{{in}}$

I_{b}^{\sim }={\frac {U_{G}}{R_{G}+R_{in}}}.

Tekintettel arra, hogy a váltakozó áramú terhelés a kollektoráramkörben az ellenállás, a következőket kapjuk:

R_{H}^{'}=R_{H}||R_{out}={\frac {R_{H}R_{out}}{R_{H}+R_{out}}},

A fokozat kimeneti feszültsége a következőképpen írható fel:

U_{out}=I_{c}^{\sim }R_{H}^{'}=\beta I_{b}^{\sim }R_{H}^{'}={\frac { \beta U_{G}R_{H}^{'}}{R_{G}+R_{in}}},

és a feszültségerősítés : $K_{U}$

K_{U}={\frac {U_{out}}{U_{G}}}={\frac {\beta R_{H}^{'}}{R_{G}+R_{in}}}} .

Az OE-vel ellátott kaszkád előnyei

Nagy áramerősítés.
Nagy feszültségerősítés.
A legnagyobb teljesítménynövekedés az összes szakasz közül.
Egy tápegység elegendő a tápellátáshoz.

Hibák

Szűkebb frekvenciatartomány a közös bázisú vagy közös kollektoros áramkörökhöz képest a Miller-effektust okozó kollektor-bázis kapacitás hatása miatt .
A kimeneti váltóáramú feszültség a bemenethez képest megfordul.

A kaszkád kulcsmódja közös emitterrel

Ha a működési pontot az áramlási karakterisztika két szélső állapotának egyikébe tolják el - vagy a kollektoráram lekapcsolási üzemmódjába, vagy a tranzisztor telítési üzemmódjába, az OE-vel rendelkező kaszkád kulcsfontosságú tulajdonságokat kap, és két állapota van. Ugyanakkor a kaszkád kulcsos üzemmódban működik, mint egy relé (zárt, nyitott állapot), és logikai inverterként használják logikai elemekben , elektromágneses relék vezérlésében , izzólámpákban stb. A reléérintkezőcsoportokhoz hasonlóan a kulcskaszkádok is formálisan alaphelyzetben zártnak (nyitottnak) és alaphelyzetben nyitottnak (zártnak) tekinthető, ezt a működési pont helyzete – levágás vagy telítettség – határozza meg.

Lásd még

Linkek

Tranzisztoros erősítők
Bipoláris tranzisztorok	közös emitter közös elosztóval közös alappal
FET-ek	közös lefolyóval közös forrással közös kapuval
Tranzisztor fokozatok	Darlington-pár ("kompozit" tranzisztor) Shiklai pár Differenciál kaszkád Cascode erősítő