Pierwsze kroki
P
i
e
r
w
s
z
e
k
r
o
k
i
część 12
Tranzystory
dla początkujących
Układ ze wspólnym kolektorem
W poprzednich odcinkach przedstawiłem model tranzystora. Od pewnego czasu krążymy wokół tematu, którego nie sposób
ominąć. Musisz dobrze zapoznać się z właściwościami tranzystora pracującego w układach wspólnego kolektora, wspólnego
emitera i wspólnej bazy. Teraz masz wszelkie informacje, które sprawią, że takie zapoznanie wcale nie będzie bolesne,
a może nawet być przyjemne. Dla rozgrzewki pod lupę wezmiemy najpierw prosty układ ze wspólnym kolektorem.
Od razu przgotuj sobie EdW 11/98, bo będziesz korzystał z zamieszczonych tam rysunków.
stępuje spadek napięcia wynoszący oko- Rozpatrzmy pewne przypadki szcze-
Wspólny kolektor OC
ło 0,6V. I to jest kluczowa informacja o u- gólne dla prądów stałych. Gdy napięcie
Literki OC w śródtytule to międzynaro-
kładzie OC. na bazie będzie równe napięciu kolektora
dowy skrót oznaczający właśnie wspólny
r
y
s
u
n
Przeanalizujmy wspólnie układ z rysun- (dodatniemu napięciu zasilania), wtedy
kolektor; w krajowej literaturze spotkasz
ku 2a. Zaznaczyłem ci na nim wszystkie napięcie na emiterze będzie o te około
k
u
2
a
często skrót WK. Przykład realizacji ukła-
ważne napięcia i prądy stałe. Przyjmijmy 0,6V niższe. A co wtedy, gdy napięcie ba-
du ze wspólnym kolektorem znajdziesz
dla ułatwienia, że wzmocnienie prądowe zy jeszcze trochę wzrośnie, powiedzmy
r
y
s
u
n
k
u
1
na rysunku 1. W przykładach, które oma-
tranzystora, czyli wynosi 100, a napię- pół wolta powyżej napięcia zasilania? Nie-
wiałem wcześniej sygnał wyjściowy za-
cie UBE jest równe 0,6V. możliwe? Wprost przeciwnie, taka sytua-
wsze występował na kolektorze. Teraz
Od czego zacząć? Obowiązkowo od cja czasami się zdarza. Co wtedy? Po-
kolektor podłączony jest wprost do szyny
r
y
s
u
n
e
k
2
b
obwodu bazy, a dokładnie - napięcia bazy. patrz na rysunek 2b. Nie zapominaj, że
zasilania, a wyjściem jest emiter. Nic nie
Napięcie na bazie jest praktycznie równe napięcie nasycenia tranzystora (UCEsat)
szkodzi - podstawowa zasada działania u-
napięciu baterii B1. W rzeczywistości jest przy niewielkich prądach wynosi kilkanaś-
kładu OC jest beznadziejnie prosta: jak
mniejsze o niewielki spadek napięcia na cie czy kilkadziesiąt miliwoltów tym sa-
pamiętasz, złącze baza-emiter możesz
rezystorze RB. Na razie pomińmy ten mym podwyższając napięcie bazy powy-
traktować jak najzwyklejszą diodę. W cza-
szczegół - niech napięcie bazy wynosi żej napięcia kolektora możesz uzyskać na
sie normalnej pracy na tej diodzie wy-
+6V. Tranzystor jest otwarty, płynie prąd emiterze napięcie wyjściowe różniące się
w obwodzie kolektor-emiter. Jaki prąd? od napięcia kolektora tylko o te miliwolty.
Wartość tego prądu wyznaczona jest Dokładnie przeanalizuj rysunek 2b i zapa-
przez rezystancję RE (270 omów) i napię- miętaj wnioski.
cie na tej rezystancji (5,4V). Napięcie to, A gdyby napięcie baterii B1 było zna-
UE, jest równe napięciu bazy pomniejszo- cznie wyższe niż napięcie kolektora?
nemu o napięcie baza-emiter UBE. Wtedy prąd będzie płynął z baterii B1
A co się stanie, jeśli napięcie na bazie przez rezystor RB. Jeśli wartość RB będzie
się zwiększy? Napięcie na emiterze też niewielka, to bateria B1 będzie nie tylko
się zwiększy. Nie masz chyba wątpliwoś- zasilać nasz wzmacniacz tranzystorowy,
ci, że napięcie wyjściowe (na emiterze) ale nawet ładować baterię B2. Nie jest to
podąża za zmianami napięcia bazy, będąc grozne dla tranzystora, dopóki nie jest
cały czas niższe o około 0,6V. przekroczony maksymalny katalogowy
Rys. 1
R
y
s
.
1
prąd bazy IBmax.
ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 2/99 33
Pierwsze kroki
P
i
e
r
w
s
z
e
k
r
o
k
i
Rys. 3
R
y
s
.
3
prądu stałego to rzeczywiście
działa. Zbadajmy teraz, jaka jest
oporność wejściowa i wyjściowa
Rys. 2 wtórnika emiterowego dla prze-
R
y
s
.
2
biegów zmiennych.
A co będzie, gdy napięcie bazy będzie zuje problem. Przykład takiego zastoso-
Oporność wejściowa to stosunek
wynosić 0...0,5V? Sytuację ilustruje rysu- wania pokazany jest na rysunku 3. Zwróć
(zmiennego) napięcia wejściowego do
nek 2c. Dla napięć z tego zakresu tranzy- uwagę, że nie ma tu potrzeby stosowa-
stor będzie praktycznie zatkany i napięcie nia rezystora RB.
wyjściowe będzie równe zeru. A dlacze- Idziemy dalej.
R
y
s
u
n
k
i
2
i
3
go tylko od zera do 0,5V, a nie 0,6V? Po- Rysunki 2 i 3 dotyczą napięć i prądów
równaj rysunek 6 w EdW 11/98 str. 66 i stałych. A jakie będą właściwości układu
przekonaj się, że znaczący prąd bazy po- OC dla przebiegów zmiennych?
jawi się dla napięć UBE większych od W analizie układu z rysunku 1 pomoże
r
y
s
u
n
e
k
4
0,5V. Kwestia 0,5 czy 0,6V to mniej waż- rysunek 4. Nie jest to jakiś inny wtórnik
ne szczegóły - nie musisz się w nie nadal tranzystor spolaryzowany jest na-
wgłębiać. pięciem stałym i płyną stałe prądy bazy
Ogólnie wszystko jest jasne i proste. oraz emitera. I na te stałe prądy i napięcia
Wzmacniacz OC wprawdzie nie wzmac- nałożone są przebiegi zmienne. Stałe na-
nia napięcia, ale wzmacnia prąd. Zwróć u- pięcie polaryzujące na bazie tranzystora z
wagę, że napięcie na obciążeniu podąża rysunku 4a wynosi 6,6V i na to napięcie
za napięciem wejściowym (będąc od nie- nałożony jest przebieg sinusoidalny
go o 0,6V mniejsze), a co najważniejsze o wartości międzyszczytowej równej 4V.
prąd bazy, obciążający zródło sygnału jest Przebiegi na bazie, emiterze i na wyjściu
-krotnie mniejszy od prądu obciążenia pokazane są na rysunku 4b. Porównanie
(ściślej +1-krotnie, ale to nie ma w prak- przebiegów UI, UO (które są praktycznie
tyce absolutnie żadnego znaczenia). Po- jednakowe) rodzi pytanie, po co taki
nieważ w układzie wspólnego kolektora wzmacniacz, który nie wzmacnia?
napięcie na wyjściu powtarza zmiany na- Wbrew pozorom, taki wzmacniacz
pięcia wejściowego (wtóruje mu), jest on jest bardzo potrzebny i często stosowa-
w
t
ó
r
n
i
k
i
e
m
bardzo często nazywany wtórnikiem. Że- ny. Zapewne się już domyślasz, że chodzi
w
t
ó
r
n
i
k
i
e
m
e
m
i
t
e
r
o
by było śmieszniej wtórnikiem emitero- o wzmocnienie prądu. Musisz to dobrze
wym. zrozumieć, dlatego pomęczę cię trochę i
w
y
m
Zapamiętaj: wtórnik emiterowy to przeanalizujemy sprawę oporności wej-
r
y
s
u
n
e
k
wzmacniacz tranzystorowy w układzie ściowej i wyjściowej. Popatrz na rysunek
5
OC. 5. Niech nasze zródło sygnału genera-
Stałoprądowy wzmacniacz OC jest tor o jakimś napięciu UG ma oporność
bardzo często wykorzystywany w roli bu- wewnętrzną RG, powiedzmy 1k&!. Gdy-
fora w wielu wypadkach obciążenia nie byśmy bezpośrednio dołączyli do niego
można podłączyć wprost do jakiegoś oporność obciążenia RL równą 600&!, na-
punktu w układzie, a zastosowanie bufo- pięcie w punkcie X spadłoby o ponad
ra w postaci jednego tranzystora rozwią- 60% (do 37,5%UG). Gdy jednak podłączy-
my obciążenie równe na przy-
kład 10k&!, napięcie to spadnie
tylko o niecałe 10% (do ok.
91%UG). Popatrz uważnie na ry-
sunek 4. Chcielibyśmy, żeby o-
porność wejściowa naszego
wtórnika (dla prądów zmien-
nych) była jak największa. Zape-
wne już gdzieś czytałeś, że to
właśnie układ ze wspólnym ko-
lektorem stosowany jest w przy-
padkach, gdy do zródła sygnału
mającego znaczny opór we-
wnętrzny trzeba podłączyć ob-
ciążenie o małej oporności. Prze-
Rys. 4b
R
y
s
.
4
b
Rys. 4a
R
y
s
.
4
a
konałeś się, że w obwodach
34 ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 2/99
Pierwsze kroki
P
i
e
r
w
s
z
e
k
r
o
k
i
(zmiennego) prądu wej-
ściowego. W układzie z
rysunków 4 i 5 mamy
r
y
s
u
n
k
ó
w
4
i
5
napięcie wejściowe (w
punkcie X) o wartości
4Vpp, musimy obliczyć
jakie są zmiany prądu
wejściowego. Na razie
przeanalizujmy jak za-
chowuje się sam tran-
zystor, bez wejścio-
wych obwodów polary-
zacji i bez obciążenia re-
zystancją RL. Załóżmy,
że tranzystor ma
wzmocnienie prądowe
() równe 100. W wa-
Rys. 6
R
y
s
.
6
runkach pokazanych na
rysunku 4 przy średnim napięciu stałym tościach podanych na rysunku 4 obciąże- cie UG, bo nie chciałem zamącić obrazu.
emitera równym +6V przez rezystor RE nie dla przebiegów zmiennych będzie ró- Teraz możesz to łatwo obliczyć na pod-
(300&!) płynie średni prąd 20mA, więc wne 200&!. Już z tego powodu oporność stawie rysunku 6a albo 6b. Wychodzi, że
średni prąd bazy wynosi 0,2mA. Chwilo- wejściowa dla prądów zmiennych, wi- UG=4,4Vpp.
we napięcie i prąd emitera zmieniają się dziana od strony bazy wyniesie nie 30k&! Mam nadzieję, iż wszystko jest jasne.
w takt sygnału: w dolinach spadają do tylko 200&!x100=20k&!. Wyciągnijmy wnioski. W układzie stało-
wartości 4V, 13,3(3)mA, a w szczytach Ale to nie koniec. Dotychczasowe roz- prądowym z rysunku 2 bufor transformu-
wzrastają do 8V, 22,6(6)mA. ważania nadal nie uwzględniają rezystan- je oporności -krotnie. W układzie zmien-
Odpowiednio zmienia się też prąd ba- cji RB. Tymczasem rezystancja ta też jest noprądowym z rysunku 4 nie uzyskasz -
zy oscyluje on między wartościami obciążeniem dla generatora G. Bateria B1 krotnej transformacji impedancji ze
0,13(3)...0,26(6)mA mając średnią war- ma oporność wewnętrzną równą lub względu na obecność rezystora(-ów) po-
tość równą 0,2mA. Czyli przy zmianach bliską zeru, a więc dla prądów zmiennych laryzacji bazy oraz wpływu RE. Mimo to
napięcia wejściowego o 4V, prąd bazy stanowi zwarcie, podobnie jak kondensa- wzmocnienie prądowe () tranzystora po-
zmienia się tylko o tor o dużej pojemności (zapamiętaj to raz winno być jak największe, jak największe
"I = 0,26(6) 0,13(3) = 0,13(3)mA. na zawsze). Jeśli tak, to ostatecznie ge- powinny być też rezystancje polaryzujące
A więc rezystancja wejściowa nasze- nerator G jest obciążony równoległym w obwodzie bazy.
go tranzystora z rysunku 4 wynosi: połączeniem rezystancji RB (20k&!) i obli- Uzbrojony w podaną wiedzę możesz
Rwe = 4V / 0,13(3)mA = 30k&! czonej rezystancji wejściowej tranzystora sam obliczyć, jaka będzie oporność wej-
Aż 30k&!, czyli 100-krotnie więcej niż (20k&!), czyli rezystancją równą 10k&!. ściowa budowanych przez ciebie wtórni-
r
y
s
u
n
e
k
6
a
wynosi rezystancja RE. Czy te 100-krotnie Ilustruje to rysunek 6a. Obciążenie RL ków. Ale wcześniej kilka ważnych dro-
to przypadek? Nie! podłączyliśmy do zródła (generatora) biazgów.
r
y
s
u
n
k
u
7
Sprawdz dla jakiejkolwiek wartości przez wtórnik. Skoncentruj się! yródło Oto pierwszy. Na rysunku 7 znajdziesz
wzmocnienia (), że także dla przebiegów widzi nasze obciążenie nie jako rezy- schemat wtórnika emiterowego, spoty-
zmiennych oporność wejściowa wtórnika stancję 600&!, tylko jak wyliczyliśmy kany w licznych książkach. Na pierwszy
będzie -krotnie większa niż oporność e- 10k&!. Czy to zrozumiałeś? Wtórnik zwię- rzut oka wszystko jest dobrze nawet
miterowa. kszył oporność obciążenia widzianą od bardzo dobrze, bo rezystancja polaryzu-
Ale to nie koniec. Czy rzeczywiście strony zródła (teoretycznie -krotnie, w jąca w obwodzie bazy ma dużą wartość.
tranzystorowy wzmacniacz z rysunku 4 praktyce mniej). Zapamiętaj takie sformu- Uważaj teraz!
ma dla przebiegów zmiennych rezy- łowanie spotkasz je w literaturze. Spot- Gdy w jakiejś publikacji ktoś ci propo-
stancję wejściową równą 30k&!? kasz też inne stwierdzenie: wtórnik nuje budowę urządzenia zawierającego
Nie i to z dwóch powodów. zmniejsza oporność (impedancję) taki wynalazek, możesz śmiało podejrze-
Po pierwsze pominęliśmy oporność wyjściową układu . To nie jest uzupełnie- wać, że układ nie był rzetelnie sprawdzo-
obciążenia RL. Dołączenie obciążenia nie poprzedniego wniosku, tylko wyraże- ny i przetestowany, a jego twórca nie-
spowoduje, że dla prądów zmiennych nie go w inny sposób, z innego punktu wiele zna się na elektronice i prawdopo-
wypadkowa oporność rezystancji między widzenia. Gdy mianowicie rozpatrujemy dobnie nie zasługuje na miano konstruk-
emiterem a masą będzie równa równo- sytuację widzianą od strony obciążenia, tora. Z ubolewaniem trzeba stwierdzić,
ległemu połączeniu RE i RL (zakładamy, że to stosowne jest to drugie stwierdzenie. że w amatorskiej literaturze do dziś po-
r
y
s
u
n
e
k
6
b
CE ma bardzo dużą pojemność). Przy war- Ilustruje to rysunek 6b. Zastosowanie kutuje sporo układów z takimi kwiatka-
wtórnika spowodowało, że obciążenie mi . Dlaczego jest to bardzo ryzykowne
widzi iż generator ma oporność
wyjściową znacznie mniejszą od RG (teo-
retycznie -krotnie, praktycznie mniej). W
naszym przykładzie oporność wyjściowa
(generatora z wtórnikiem) widziana od
strony obciążenia wynosi 60&!. Nic dzi-
wnego, że wtórnik emiterowy jest też na-
zywany (aktywnym) transformatorem im-
pedancji.
Dokładnie przemyśl tę sprawę i je-
szcze raz przeanalizuj rysunki 4...6. Na ry-
Rys. 5
R
y
s
.
5
R
y
s
.
7
sunku 4 nie podałem ci, ile wynosi napię- Rys. 7
ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 2/99 35
Pierwsze kroki
P
i
e
r
w
s
z
e
k
r
o
k
i
rozwiązanie? Przekonaj się sam! Określ Co prawda, jeśli konstruujesz jeden układ
napięcie stałe na emiterze tranzystora z dla własnych potrzeb, to od biedy
rysunku 7 przy podanych wartościach mógłbyś sobie pozwolić na układ z rysun-
RB = 1M&! i RE = 5k&! dla trzech egzem- ku 7. Dobrałbyś eksperymentalnie war-
plarzy tranzystorów o różnym wzmocnie- tość RB, by uzyskać napięcie na RE równe
niu: mniej więcej połowie napięcia zasilania.
= 50 (np. jakiś stary tranzystor Ale co wtedy, gdy po pewnym czasie
BC527 czy BF519) tranzystor ulegnie uszkodzeniu? Czy ktoś
= 200 (przeciętny współczesny tran- reperujący twe urządzenie będzie pamię-
zystor małej mocy) tał o konieczności dobrania rezystora RB,
= 1000 (selekcjonowany tranzystor z czy wlutuje pierwszy lepszy tranzystor te-
grupy C) go samego lub podobnego typu?
Rys. 10
R
y
s
.
1
0
Jak to liczyć? Nawet nie trzeba prze- Dobry konstruktor nie może sobie poz-
wiele zależy od wzmocnienia tranzystora,
prowadzać szczegółowych obliczeń, tyl- wolić na takie niedoróbki. Musi przewi-
bo jest określona głównie przez rezystan-
ko zrozumieć sedno sprawy. Biorąc rzecz dzieć, że w układzie mogą być zastoso-
cje dzielnika R1 i R2. Ponieważ dla prze-
w największym uproszczeniu powiemy, wane tranzystory o różnym wzmocnie-
biegów zmiennych bateria zasilająca sta-
iż w układzie z tranzystorem o małym niu, i albo podać warunek, że wzmocnie-
nowi zwarcie (w praktyce zwarcie takie
wzmocnieniu prąd bazy będzie stosunko- nie tranzystora ma być większe, np. od
zapewniają kondensatory filtrujące napię-
wo duży, a przy dużym wzmocnieniu 300 (np. stosując tranzystory z grup B lub
cie zasilania), więc dla przebiegów zmien-
prąd bazy będzie malutki. Ten prąd pola- C), albo zaproponuje rozwiązanie uniwer-
nych rezystory dzielnika z rysunku 9 są
ryzacji bazy płynie przez rezystor RB i wy- salne tolerujące tak duży rozrzut parame-
połączone równolegle, a do tego docho-
wołuje na nim spadek napięcia: czym trów.
dzi rezystancja wejściowa tranzystora (i-
większy prąd, tym większy spadek napię- A jakie to miałoby być rozwiązanie uni-
loczyn wzmocnienia i wypadkowej o-
cia. Już tu widać, że zastosowanie tranzy- wersalne? W praktyce wystarczy zasto-
r
y
s
u
n
e
k
1
0
porności RE i RL). Ilustruje to rysunek 10.
stora o małym wzmocnieniu spowoduje,
Zmiany wzmocnienia tranzystora niewie-
że napięcie stałe na rezystorze RE będzie
le tu zmienią.
małe, nawet bardzo małe. Przy dużej war-
Jaki stąd wniosek? Bardzo prosty w
tości wzmocnienia napięcie na rezystorze
swoich układach powinieneś stosować
RE będzie duże, niewiele mniejsze od na-
tranzystory o jak największym wzmocnie-
pięcia zasilającego. Najczęściej chcieli-
niu wtedy stały prąd bazy będzie mały i
byśmy, by napięcie stałe na RE było ró-
wtedy będziesz mógł zastosować duże
wne połowie napięcia zasilania wtedy
wartości rezystorów dzielnika w obwo-
nasz wtórnik będzie mógł przenosić bez
dzie bazy.
zniekształceń nawet duże sygnały. Ilu-
W praktyce często udaje się ominąć
r
y
s
u
n
e
k
8
.
struje to rysunek 8.
ten problem i dołączyć bazę wprost do
Ponieważ jest to ważne, proponuję,
poprzedniego stopnia, o ile napięcie stałe
byś samodzielnie wykonał dokładniejsze
jest tam właściwe. Przykład pokazany
Rys. 9
R
y
s
.
9
obliczenia napięć w układzie z rysunku 7.
r
y
s
u
n
k
u
1
1
jest na rysunku 11.
sować dzielnik napięcia R1, R2 według
Przy okazji drobne przypomnienie: w
rysunku 9. I tu powinieneś raz na zawsze
r
y
s
u
n
k
u
9
dotychczasowych rozważaniach pokazy-
przyswoić sobie ważną zasadę: jeśli
wałem ci układy z tranzystorem NPN. Nic
chcesz się uniezależnić od wzmocnienia
nie stoi na przeszkodzie, być budował
tranzystora, prąd stały płynący przez rezy-
wtórniki z tranzystorami PNP. Schemat
story dzielnika powinien być przynajmniej
będzie ten sam, trzeba tylko odwrotnie
kilkakrotnie większy, niż spodziewany
podłączyć bieguny zasilania i ewentualnie
prąd obciążenia tego dzielnika, czyli stały
odwrotnie włączyć kondensatory elektro-
prąd bazy.
lityczne. Przykład masz na rysunku 11b.
Oblicz teraz, jak zmieni się napięcie na
Za miesiąc podam kolejne ważne
emiterze tranzystora w układzie z rysun-
informacje o wzmacniaczu ze wspólnym
Rys. 8 ku 9, gdzie prąd dzielnika jest kilkakrotnie
R
y
s
.
8
kolektorem
większy od spodziewanego największe-
Napięcie zasilające rozłoży się na trzy
Piotr Górecki
P
i
o
t
r
G
ó
r
e
c
k
i
go prądu bazy. Obliczenia przeprowadz
części:
jak poprzednio dla wartoś-
Uzas = URB + UBE + URE
ci : 50, 200 i 1000.
Przyjmijmy napięcie UBE=0,6V.
I co? Teraz lepiej?
Uzas = IB*RB + 0,6V + *IB*RE
Ale nie należy też prze-
przekształcamy kolejno, by obliczyć
sadzać ze zwiększaniem
prąd bazy
prądu dzielnika w obwo-
Uzas = IB(RB + *RE) +0,6V
dzie bazy. Nic za darmo!
IB(RB + *RE) = Uzas 0,6V
Większy prąd to mniejsze
IB = (Uzas 0,6V) / (RB + *RE)
rezystancje dzielnika i
Potem znając IB obliczamy
mniejsza wypadkowa rezy-
UE = *IB*RE
stancja wejściowa całego
Wykonaj obliczenia dla trzech poda-
wtórnika. Przykładowo dla
nych wartości .
układu z rysunku 9 opor-
I co? Przekonałeś się ostatecznie, że
ność wejściowa dla prze-
w układzie z rysunku 7 napięcie stałe na
biegów zmiennych wynosi
emiterze zależy ogromnie od wzmocnie-
około 20 kilolomów i nie-
nia tranzystora. To jest poważna wada.
Rys. 11
R
y
s
.
1
1
36 ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 2/99
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
Układ ze wspólnym kolektorem, cz 13407 B1HG7HK1 Demontaz montaz Wspolny kolektor wtrysku paliwa pod wysokim cisnieniem NieznanyOCZYSZCZENIE ZŁĄCZKI PRZY WSPÓLNYM KOLEKTORZE WYSOKIEGO2002 12 Układ mnożący – watomierz(odc 12) canelloni ze szpinakiem i sosem ze świeżych pomidorówDEMONTAŻ MONTAŻ WSPÓLNY KOLEKTOR WTRYSKU PALIWA POD WYSOKIM2003 12 Transofon układ do zmiany wysokości dźwiękuUkład z otwartym kolektoremDEMONTAŻ MONTAŻ UKŁAD KIEROWNICZY ZE WSPOMAGANIEM466 Wspólnik wystepuje ze spólki jawnej wypłata udziału kapitalowegowięcej podobnych podstron