Tranzystory bipolarne są elementami o trzech końcówkach, w związku z czym mogą pracować w trzech układach połączeń. Analiza tych układów związana jest z ich przedstawieniem w postaci czwórnikowej.
Wyróżnia się więc konfiguracje pracy (Rys. 3.1): wspólnego emitera (WE), wspólnej bazy (WB) i wspólnego kolektora (WK). Każdy z układów charakteryzuje się pewnymi właściwościami, przy czym podstawową konfiguracją, wynikającą z najkorzystniejszych właściwości, do budowy wzmacniaczy jest układ wspólnego emitera. Konfiguracje wspólnego kolektora lub wspólnej bazy stosowane są w celu zapewnienia poziomu określonego parametru, np. dużej impedancji wejściowej (WK), separacji stopni wzmacniacza (WB).
RGXLaH87nNBwQ Rysunek przedstawia trzy schematy.
Pierwszy:
Na górze po lewej stronie schematu znajduje się okrągły punkt. Od punktu ciągnie się w prawą stronę strzałka opisana jako i z indeksem dolnym jeden, przechodząca przez obwód okręgu aż do linii pionowej znajdującej się w okręgu. Od tej linii prowadzi kreska do góry do prawej po skosie, która po dotarciu do obwodu kręgu odbija w górę, prowadząc do pionowej linii opisanej I z indeksem dolnym dwa, na której umiejscowiona jest strzałka wskazująca w lewą stronę. Z linii pionowej wychodzi również strzałka skierowana po skosie ku dołowi w prawą stronę, dochodzi do obwodu okręgu, po czym załamuje się w dół i biegnie aż do najdłuższej poziomej linii, znajdującej się u dołu schematu, łączy się z nią mniej więcej w połowie jej długości. Najdłuższa linia pozioma, opisana wu z indeksem dolnym e, prowadzi od punktu znajdującego się na wysokości punktu początkowego schematu, a kończy się na wysokości punktu, z którego wychodzi linia I z indeksem dolnym dwa. Między zakończeniem linii Wu z indeksem dolnym e a początkiem linii I dwa biegnie strzałka w górę opisana jako U z indeksem dolnym dwa. Między początkiem linii Wu z indeksem dolnym e a punktem, który przyjęliśmy za początek schematu, biegnie strzałka opisana U z indeksem dolnym jeden.
Drugi schemat:
Na górze po lewej stronie schematu znajduje się okrągły punkt. Od punktu ciągnie się w prawą stronę strzałka opisana jako I z indeksem dolnym jeden, dochodzi do obwodu okręgu przechodząca przez obwód okręgu, załamuje się po skosie w dół, prowadząc do poziomej linii ujętej w okręgu, strzałka skierowana jest w górę do obwodu okręgu. Z linii poziomej wychodzi również strzałka, skierowana po skosie ku górze w prawą stronę, dochodzi do obwodu okręgu, po czym biegnie w prawo, ta linia opisana jest jako I z indeksem dolnym dwa, a wskaźnik strzałki opisany na linii skierowany jest w lewą stronę. Od poziomej linii znajdującej się w kole prowadzi w dół linia łącząca się pod kątem prostym z najdłuższą linią poziomą umiejscowioną na dole schematu. Najdłuższa linia pozioma, opisana jako wu z indeksem dolnym be, prowadzi od punktu znajdującego się na wysokości punktu początkowego schematu, a kończy się na wysokości punktu, z którego poprowadzona jest linia I z indeksem dolnym dwa. Między zakończeniem linii Wu z indeksem dolnym e a początkiem linii I z indeksem dolnym dwa biegnie strzałka w górę opisana jako U z indeksem dolnym dwa. Między początkiem linii Wu z indeksem dolnym e a punktem, który przyjęliśmy za początek schematu, biegnie strzałka opisana U z indeksem dolnym jeden.
Schemat trzeci:
Na górze po lewej stronie schematu znajduje się okrągły punkt. Od punktu ciągnie się w prawą stronę strzałka opisana jako i z indeksem dolnym jeden, przechodząca przez obwód okręgu aż do linii pionowej znajdującej się w okręgu. Od tej linii prowadzi strzałka do góry do prawej po skosie, która po dotarciu do obwodu kręgu odbija w górę, prowadząc do pionowej linii opisanej jako I z indeksem dolnym dwa, na której umiejscowiona jest strzałka wskazująca w lewą stronę. Z linii pionowej wychodzi również linia, skierowana po skosie ku dołowi w prawą stronę, dochodzi do obwodu okręgu, po czym załamuje się w dół i biegnie aż do najdłuższej poziomej linii wu z indeksem dolnym ka, znajdującej się u dołu schematu, łączy się z nią mniej więcej w połowie jej długości. Najdłuższa linia pozioma, opisana jako wu e, prowadzi od punktu znajdującego się na wysokości punktu początkowego schematu, a kończy się na wysokości punktu, z którego wychodzi linia I z indeksem dolnym dwa. Między zakończeniem linii Wu z indeksem dolnym ka a początkiem linii I z indeksem dolnym dwa biegnie strzałka w górę opisana jako U z indeksem dolnym dwa. Między początkiem linii Wu z indeksem dolnym e a punktem, który przyjęliśmy za początek schematu, biegnie strzałka opisana U z indeksem dolnym jeden.
Rys. 3.1 Podstawowe układy pracy tranzystora bipolarnego: wspólny emiter WE, wspólna baza WB, wspólny kolektor WC.
Źródło: Akademia Finansów i Biznesu Vistula , licencja: CC BY 3.0.
przesunięcie fazowe sygnału wyjściowego do sygnału wejściowego
Ze względu na właściwości najczęściej stosuje się wzmacniacze pracujące w układzie wspólnego emitera (Rys. 3.2). Typowym układem jest wzmacniacz z potencjometrycznym zasilaniem bazy i sprzężeniem emiterowym. Zapewnia on dobrą stabilizację punktu pracy tranzystora. Na wejściu oraz wyjściu takiego wzmacniacza zastosowano kondensatory, których zadaniem jest przede wszystkim odseparowanie układu od zewnętrznych napięć stałych oraz sprzęgnięcie źródła sygnału i odbiornika z wzmacniaczem. Takie układy wzmacniaczy nazywane są wzmacniaczami ze sprzężeniem pojemnościowym.
R11UypxeLGgkS Ilustracja przedstawia schemat. Schemat zaczyna się od punktu znajdującego się po lewej stronie planszy. Do tego puntu biegnie strzałka od punktu znajdującego się poniżej, opisana jest jako U z indeksem dolnym jeden. Od punktu, który przyjęliśmy za początek schematu, biegnie w lewo linia, przechodzi przez punkt ce z indeksem dolnym jeden oznaczony przez dwie pionowe kreski i prowadzi do pionowej linii znajdującej się w okręgu. Poziomą linię przecina linia prowadząca od prostokąta er z indeksem dolnym dwa do prostokąta er z indeksem dolnym jeden, przechodzi przez niego, po czym biegnie w prawą stronę aż do punktu plus u z indeksem dolnym ce ce, znajdującego się w prawym górnym rogu schematu. Z pionowej linii znajdującej się w kole wychodzą dwie linie. Obszar między dwoma ukośnymi liniami wychodzącymi z okręgu opisany jest jako Te z indeksem dolnym jeden. Pierwsza prowadzi po skosie w górę aż do obwodu koła, po czym biegnie w górę. Rozdwaja się. Pierwsza jej część biegnie w górę i po przejściu przez prostokąt er z indeksem dolnym ce łączy się z linią plus u z indeksem dolnym cece. Druga biegnie w prawo i po przejściu przez punkt ce z indeksem dolnym dwa dochodzi do punktu umiejscowionego na wysokości punktu u z indeksem dolnym cece, po czym biegnie w dół i po przejściu przez prostokąt er z indeksem dolnym el kończy się na dole schematu poziomą kreską. Na wysokości tego prostokąta znajduje się strzałka wskazująca górę opisana jako u z indeksem dolnym dwa. Druga linia poprowadzona z pionowej linii znajdującej się w okręgu biegnie w dół po skosie. Po dotarciu do obwodu okręgu biegnie w dół. Rozdwaja się. Pierwsza jej część biegnie w dół i przechodzi przez prostokąt er z indeksem dolnym e, po czym kończy się na dole schematu poziomą kreską. Druga jej część biegnie w prawo, skręca w dół, po czym przechodzi przez punkt ce z indeksem dolnym e i również kończy się u dołu schematu poziomą kreską.
Rys. 3.2 Wzmacniacz z tranzystorem bipolarnym w układzie wspólnego emitera.
Źródło: Akademia Finansów i Biznesu Vistula , licencja: CC BY 3.0.
Wzmacniacze ze sprzężeniem pojemnościowym stosowane są w szerokim paśmie częstotliwości (Rys. 3.3), dlatego znalazły zastosowanie dla sygnałów akustycznych. Spadek wzmocnienia przy małych częstotliwościach wynika ze wzrostu reaktancji kondensatorów CIndeks dolny 1 1 i CIndeks dolny 2 2 oraz kondensatora CIndeks dolny E E . W zakresie dużych częstotliwości zmniejsza się wzmocnienie samego tranzystora, także z powodu pojemności montażowych i pasożytniczych związanych z elementami wzmacniacza. W środkowej części charakterystyki wzmocnienie jest praktycznie stałe i zakres ten nazywa się zakresem średnich częstotliwości.
R1FuxvMc8MNZT Ilustracja przedstawia wykres. Na poziomej lini wykresu ef Herców ujęte są wartości jeden, dziesięć, od którego ciągnie się w górę strzałka opisana jako ka u, niżej de be w nawiasie oraz sto i potęgi od liczby dziesięć. Przed punktem jeden zaczyna się parabola, która kończy się w punkcie dziesięć do potęgi szóstej. Obszar paraboli podzielony jest na trzy części pionowymi przerywanymi liniami. Pierwsza biegnie w górę między wartością dziesięć a dziesięć do trzeciej, druga między dziesięć do czwartej a dziesięć do piątej potęgi, znacznie bliżej tej pierwszej. Obszary nazwane są od lewej a, be oraz ce. Oznaczające odpowiednio małe, średnie oraz duże częstotliwości.
Rys. 3.3 Typowa charakterystyka amplitudowa wzmacniacza RC i jej podział na zakresy: a - małych, b - średnich, c - dużych częstotliwości
Źródło: Akademia Finansów i Biznesu Vistula , licencja: CC BY 3.0.
Podstawowymi parametrami roboczymi wzmacniacza są: wzmocnienie napięciowe, wzmocnienie prądowe, rezystancja wejściowa i rezystancja wyjściowa, pasma przenoszenia, częstotliwości dolnej i górnej. Z punktu wyznaczania parametrów wzmacniacza istotne jest wyznaczenie charakterystyki przenoszenia (pasma przenoszenia). Charakterystyka ta wyznacza zakres częstotliwości (częstotliwości dolna i górna), w którym tłumienie sygnału jest nie większe niż 3 dB, tzn. następuje spadek wartości amplitudy o 3 dB.
We wzmacniaczu ze wspólnym kolektorem (Rys. 3.4) wzmocnienie napięciowe jest mniejsze od 1, zaś dla układu z wspólną bazą (Rys. 3.5) wzmocnienie prądowe jest mniejsze od 1. Z tego powodu układy te są rzadziej stosowane jako oddzielne wzmacniacze, lecz wykorzystywane są ich właściwości w połączeniu ze wzmacniaczem w układzie wspólnego emitera (jest to wtórnik emiterowy).
RLBPNstWq6n7T Ilustracja przedstawia schemat. Schemat zaczyna się od punktu znajdującego się po lewej stronie planszy. Do tego punktu od punktu znajdującego się poniżej biegnie strzałka opisana jako U z indeksem dolnym jeden. Od punktu, który przyjęliśmy za początek schematu, biegnie w lewo linia, przechodzi przez punkt ce z indeksem dolnym jeden oznaczony przez dwie pionowe kreski i prowadzi do pionowej linii znajdującej się w okręgu. Poziomą linię przecina linia prowadząca od prostokąta er z indeksem dolnym dwa do prostokąta er z indeksem dolnym jeden, przechodzi przez niego, po czym biegnie w prawą stronę aż do punktu plus u z indeksem dolnym ce ce, znajdującego się w prawym górnym rogu schematu. Z pionowej linii znajdującej się w kole poprowadzone są dwie linie. Pierwsza prowadzi po skosie w górę aż do obwodu koła, po czym biegnie w górę i łączy się z linią plus u z indeksem dolnym cece. Druga linia, wychodząca z pionowej linii znajdującej się w okręgu, biegnie w dół po skosie. Po dotarciu do obwodu okręgu biegnie w dół. Rozdwaja się. Pierwsza jej część biegnie w dół i przechodzi przez prostokąt er z indeksem dolnym e, po czym kończy się na dole schematu poziomą kreską. Druga jej część biegnie w prawo, skręca w dół, po czym przechodzi przez punkt ce z indeksem dolnym dwa i również skręca w dół. Kończy się u dołu schematu poziomą kreską. Obszar między dwoma ukośnymi liniami wychodzącymi z okręgu opisany jest jako Te jeden. Na wysokości prostokąta er z indeksem dolnym el, równolegle do niego, biegnie w górę strzałka opisana jako u z indeksem dolnym dwa.
Rys. 3.4 Wzmacniacz z tranzystorem w konfiguracji wspólnego kolektora
Źródło: Akademia Finansów i Biznesu Vistula , licencja: CC BY 3.0.
R1VDzTfHrkSnF Ilustracja przedstawia schemat. Schemat zaczyna się od punktu znajdującego się po lewej stronie planszy. Do tego puntu biegnie strzałka od punktu znajdującego się poniżej, opisana jest jako U z indeksem dolnym jeden. Od punktu, który przyjęliśmy za początek schematu, biegnie w lewo linia, przechodzi przez punkt ce z indeksem dolnym jeden oznaczony przez dwie pionowe kreski, biegnie dalej w prawo, po czym skręca ku dołowi i po przejściu przez obwód okręgu łączy się z poziomą linią znajdującą się w jego środku. Do linii wychodzącej z punktu początkowego biegnie z dołu linia, zakończona poziomą kreską, przechodzi przez prostokąt er z indeksem dolnym e, po czym łączy się z poziomą linią biegnącą przez ce z indeksem dolnym jeden. Od linii poziomej znajdującej się w okręgu biegnie w górę po skosie linia, która skręca w prawo, przechodzi przez punkt opisany jako ce z indeksem dolnym dwa, biegnie dalej w prawo do okrągłego punktu, następnie skręca w dół, przechodzi przez prostokąt er z indeksem dolnym el, następnie kończy się u dołu schematu poziomą kreską. Obszar między dwoma ukośnymi liniami wychodzącymi z okręgu opisany jest jako Te z indeksem dolnym jeden. Do poziomej linii zawartej w okręgu biegnie od dołu linia zakończona pionową kreską. Po przejściu przez Ce be łączy się z nią w okręgu. Równolegle do niej biegnie do góry linia przechodząca przez prostokąt er dwa. Na wysokości pod okręgiem połączone są poziomą kreską. Linia biegnie w górę, przecina linię przechodzącą przez punkt ce z indeksem dolnym dwa, przechodzi przez prostokąt er z indeksem dolnym jeden, po czym skręca w prawo prowadząc do punktu plus u z indeksem dolnym cece. Punkt ten znajduje się na wysokości prostokąta er el. Od linii przechodzącej przez punkt ce z indeksem dolnym dwa do linii prowadzącej do punktu plus u z indeksem dolnym cece ciągnie się linia, na której opisany jest prostokąt er z indeksem dolnym ce. Na wysokości prostokąta er z indeksem dolnym el, równolegle do niego, biegnie w górę strzałka opisana jako u z indeksem dolnym dwa.
Rys. 3.5 Wzmacniacz z tranzystorem w konfiguracji wspólnej bazy
Źródło: Akademia Finansów i Biznesu Vistula , licencja: CC BY 3.0.
Wróć do spisu treści DYwCnCGuz Wróć do spisu treści
Powrót do materiału głównego Derb8l5kQ Powrót do materiału głównego