Τρανζίστορ ως ενισχυτής και ταλαντωτής

Κοινός Ενισχυτής Εκπομπού

Οι ενισχυτές τρανζίστορ ενισχύουν τα σήματα εισόδου AC που εναλλάσσονται μεταξύ θετικών και αρνητικών τιμών. Το τρανζίστορ πρέπει στη συνέχεια να μπορεί να λειτουργεί μεταξύ αυτών των δύο μέγιστων ή κορυφαίων τιμών, επομένως απαιτείται κάποια μέθοδος παρουσίασης της διάταξης του κυκλώματος του ενισχυτή. Η προκατάληψη είναι μια τεχνική για να το πετύχετε αυτό.

Η πόλωση είναι απαραίτητη στη σχεδίαση του ενισχυτή επειδή καθορίζει το σωστό σημείο λειτουργίας του ενισχυτή τρανζίστορ όταν είναι έτοιμος να δεχθεί σήματα, μειώνοντας την παραμόρφωση του σήματος εξόδου.

Επίσης, η σχεδίαση μιας γραμμής στατικού ή συνεχούς φορτίου πάνω από τις καμπύλες χαρακτηριστικών εξόδου ενός ενισχυτή μάς επιτρέπει να παρατηρούμε όλα τα πιθανά σημεία λειτουργίας του τρανζίστορ, από πλήρως "ON" έως εντελώς "OFF", καθώς και το σημείο λειτουργίας ρελαντί ή το σημείο Q του ενισχυτή. .

Ο στόχος κάθε μικρού ενισχυτή σήματος είναι να ενισχύσει όλο το σήμα εισόδου με τη μικρότερη δυνατή παραμόρφωση στο σήμα εξόδου. Με άλλα λόγια, το σήμα εξόδου πρέπει να είναι ακριβές αντίγραφο του σήματος εισόδου, μόνο μεγαλύτερο (ενισχυμένο).

Το κύκλωμα του κοινού ενισχυτή εκπομπού

Η πόλωση διαιρέτη τάσης που χρησιμοποιείται στο κύκλωμα ενισχυτή κοινού εκπομπού ενός σταδίου που απεικονίζεται παραπάνω είναι γνωστή ως "Πόλωση διαιρέτη τάσης". Δύο αντιστάσεις χρησιμοποιούνται ως δυναμικό διαχωριστικό δίκτυο σε όλη την τροφοδοσία, με το κεντρικό σημείο τους να δίνει την απαιτούμενη τάση πόλωσης βάσης στο τρανζίστορ σε αυτή τη μορφή διαμόρφωσης πόλωσης. Στην κατασκευή κυκλωμάτων ενισχυτών διπολικών τρανζίστορ, χρησιμοποιείται συχνά πόλωσης διαιρέτη τάσης.

Διατηρώντας το Base bias σε ένα σταθερό σταθερό επίπεδο τάσης, αυτή η προσέγγιση πόλωσης του τρανζίστορ μειώνει σημαντικά τις επιπτώσεις της κυμαινόμενης Beta, , επιτρέποντας την καλύτερη σταθερότητα.

Το δίκτυο διαχωρισμού δυναμικού που κατασκευάστηκε από τις δύο αντιστάσεις R₁ ,  R₂ και η τάση τροφοδοσίας  καθορίζει την ήρεμη βασική τάση (), όπως φαίνεται με το ρεύμα που ρέει και από τις δύο αντιστάσεις.

Η συνολική αντίσταση RT θα ισούται τότε με  , με αποτέλεσμα ρεύμα  . Η τάση που δημιουργείται στη διασταύρωση των αντιστάσεων και διατηρεί την τάση βάσης () σε τιμή χαμηλότερη από την τάση τροφοδοσίας.

Η τάση τροφοδοσίας διαιρείται αναλογικά με την αντίσταση από το δίκτυο διαχωριστή δυναμικού στο κύκλωμα ενισχυτή κοινού εκπομπού. Χρησιμοποιώντας τον βασικό τύπο διαιρέτη τάσης παρακάτω, μπορείτε απλώς να υπολογίσετε την τάση αναφοράς πόλωσης.

Τάση πόλωσης τρανζίστορ

Όταν το τρανζίστορ είναι πλήρως "ON" (κορεσμός), , η ίδια τάση τροφοδοσίας, , ελέγχει επίσης το μέγιστο ρεύμα συλλέκτη, . Το ρεύμα συλλέκτη,   και το κέρδος ρεύματος συνεχούς ρεύματος Beta,   του τρανζίστορ χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό του βασικού ρεύματος   .

Τιμή Beta

Το μπροστινό κέρδος ρεύματος ενός τρανζίστορ στη διαμόρφωση κοινού εκπομπού ορίζεται από την τιμή Beta του, η οποία μερικές φορές αναφέρεται ως hFE στα φύλλα δεδομένων. Η ηλεκτρική παράμετρος βήτα ενσωματώνεται στο τρανζίστορ κατά τη διαδικασία κατασκευής. Επειδή το Beta (hFE) είναι μια σταθερή αναλογία των δύο ρευμάτων, IC και IB, δεν έχει μονάδες. Αυτό σημαίνει ότι μια μικρή αλλαγή στο ρεύμα βάσης θα έχει ως αποτέλεσμα μια μεγάλη αλλαγή στο ρεύμα συλλέκτη.

Κοινά χαρακτηριστικά τρανζίστορ εκπομπού

Τα τρανζίστορ Common Emitter, όπως και άλλα τρανζίστορ, έχουν ποικίλα χαρακτηριστικά όπως κέρδος, αντίσταση και σύνθετη αντίσταση.

Κοινό κέρδος τάσης εκπομπού: Ο λόγος της αλλαγής της τάσης εισόδου προς τη μεταβολή της τάσης εξόδου του ενισχυτή είναι γνωστός ως κέρδος τάσης κοινού εκπομπού. Θεωρήστε το Vout και το Vin ως VL και VB, αντίστοιχα.

Κοινές εφαρμογές ενισχυτή εκπομπού

Όταν ένα τρανζίστορ χρησιμοποιείται για την ενίσχυση ενός σήματος, ονομάζεται Common Emitter Amplifier. Οι ακόλουθες είναι οι πιο διαδεδομένες χρήσεις:

• Το κέρδος ρεύματος του ενισχυτή Common Emitter είναι υψηλότερο από το κέρδος τάσης του. Ως αποτέλεσμα, χρησιμοποιούνται ως ενισχυτές ρεύματος.
• Χρησιμοποιείται σε κυκλώματα ραδιοσυχνοτήτων.
• Σε κυκλώματα με μειωμένο θόρυβο και τιμές ενίσχυσης.

Τρανζίστορ ως ταλαντωτής

Ένας ταλαντωτής είναι ένα ηλεκτρικό κύκλωμα που παράγει ένα περιοδικό, ταλαντούμενο σήμα, συνηθέστερα ένα τετράγωνο ή ημιτονοειδές κύμα. Ουσιαστικά μετατρέπει το συνεχές ρεύμα από μια πηγή ισχύος σε εναλλασσόμενο ρεύμα. Όταν χρησιμοποιούμε ένα τρανζίστορ σε ένα κύκλωμα, αυτό παράγει ταλαντώσεις χωρίς απόσβεση στους ακροδέκτες εξόδου του κυκλώματος. Με τη βοήθεια ενός σχηματικού κυκλώματος, μπορούμε να σας δείξουμε πώς να χρησιμοποιείτε ένα τρανζίστορ ως ταλαντωτή.

Κύκλωμα ταλαντωτή

Παρακάτω είναι ένα διάγραμμα ενός κυκλώματος ταλαντωτή τρανζίστορ. Υπάρχουν τρία τμήματα σε αυτό το κύκλωμα:

1. Κύκλωμα δεξαμενής: Αυτό το κύκλωμα δημιουργεί ταλαντώσεις που ενισχύει το τρανζίστορ, με αποτέλεσμα βελτιωμένη έξοδο στην πλευρά του συλλέκτη.
2. Κύκλωμα ενισχυτή: Αυτό το κύκλωμα λειτουργεί ενισχύοντας τις μικροσκοπικές ημιτονοειδείς ταλαντώσεις στο κύκλωμα βάσης-εκπομπού και παράγοντας ενισχυμένη έξοδο.
3. Κύκλωμα σχολίων: Δεδομένου ότι χρειαζόμαστε κάποια ενέργεια στο κύκλωμα της δεξαμενής για να μεγεθύνουμε τις ταλαντώσεις για τον ενισχυτή, αυτό είναι ένα κρίσιμο στοιχείο του κυκλώματος. Χρησιμοποιήσαμε την αμοιβαία επαγωγή για να τροφοδοτήσουμε την ενέργεια από το κύκλωμα συλλέκτη πίσω στο κύκλωμα βάσης για το σκοπό αυτό. Με τη βοήθεια αυτού του κυκλώματος, μπορέσαμε να τροφοδοτήσουμε την ενέργεια πίσω από την έξοδο στην είσοδο.

Όπως όλοι γνωρίζουμε, όταν η ροή στο ένα πηνίο ανεβαίνει, η ροή στο άλλο πηνίο μειώνεται, με αποτέλεσμα τη διακύμανση της φάσης όταν το πηνίο τροφοδοτείται στην άλλη πλευρά. Όταν κοιτάμε την τάση εξόδου ενός ενισχυτή κοινού εκπομπού, βλέπουμε ότι βρίσκεται πάντα στην αντίθετη φάση της εισόδου, υποδεικνύοντας ότι η μία διακύμανση φάσης συμβαίνει από την είσοδο στην άλλη πλευρά και η άλλη από την έξοδο στην είσοδο πλευρά μέσω κυκλώματος ανάδρασης. Ως αποτέλεσμα, σε αυτήν την περίπτωση, οι ταλαντώσεις ανάδρασης θα συμβαδίζουν απόλυτα με τη φύση των ταλαντώσεων.

Λειτουργία κυκλώματος ταλαντωτή τρανζίστορ:

Το τρανζίστορ χρησιμοποιείται ως κοινό κύκλωμα εκπομπού στη σχεδίαση κυκλώματος ταλαντωτή, με τον πομπό συνδεδεμένο και στους ακροδέκτες βάσης και συλλέκτη. Ένα κύκλωμα δεξαμενής έχει συνδεθεί μεταξύ των ακροδεκτών εισόδου, δηλαδή μεταξύ του πομπού και της βάσης. Το κύκλωμα της δεξαμενής είναι ένα ηλεκτρικό κύκλωμα που παράγει ταλαντώσεις συνδέοντας παράλληλα έναν επαγωγέα (L) και έναν πυκνωτή (C). Το ρεύμα βάσης κυμαίνεται λόγω των ταλαντώσεων της τάσης και του φορτίου στο κύκλωμα της δεξαμενής και η ώθηση προς τα εμπρός του ρεύματος βάσης ποικίλλει ως αποτέλεσμα αυτής της διακύμανσης. Ως αποτέλεσμα, το ρεύμα συλλέκτη αρχίζει να παρουσιάζει διακυμάνσεις σε τακτική βάση.

Για να το θέσω αλλιώς, οι ταλαντώσεις LC είναι ημιτονοειδής φύσης και ως αποτέλεσμα, τόσο το ρεύμα συλλέκτη όσο και το ρεύμα βάσης ποικίλλουν ημιτονοειδώς. Εάν το ρεύμα συλλέκτη μεταβάλλεται ημιτονοειδώς, όπως φαίνεται στην εικόνα, η τάση εξόδου που λαμβάνεται μπορεί να εκφραστεί ως ICRL και να θεωρηθεί ημιτονοειδής έξοδος. Όταν σχεδιάζουμε την τάση εξόδου Vout έναντι του χρόνου, η καμπύλη που παίρνουμε έχει ημιτονοειδή μορφή. Τώρα, χρειαζόμαστε λίγη ενέργεια στο κύκλωμα της δεξαμενής για συνεχείς ταλαντώσεις, αλλά δεν υπάρχει διαθέσιμη μπαταρία ή πηγή συνεχούς ρεύματος σε αυτό το κύκλωμα.

Αυτό το κάνουμε χρησιμοποιώντας μια μαλακή σιδερένια ράβδο για τη σύνδεση του αμοιβαίου επαγωγέα L2 και L1 στα κυκλώματα συλλέκτη και βάσης. Αυτή η μαλακή σιδερένια ράβδος θα συνδέσει το πηνίο L2 με το πηνίο L1   και ένα μέρος της ενέργειας στο κύκλωμα συλλέκτη θα μεταφερθεί στη βασική πλευρά του κυκλώματος λόγω αμοιβαίας επαγωγής. Ως αποτέλεσμα, η ταλάντωση στο κύκλωμα της δεξαμενής διατηρείται και μεγεθύνεται σε σταθερή βάση.

Τύποι ταλαντωτών

Το πιο περιζήτητο εξάρτημα στον τομέα των ηλεκτρονικών είναι οι ταλαντωτές. Γενικά, το χωρίσαμε σε δύο ομάδες:

1. 1. Ταλαντωτές σχολίων: Οι ταλαντωτές ανάδρασης είναι ταλαντωτές που επιστρέφουν ένα κλάσμα του σήματος εξόδου στην είσοδο χωρίς καθαρή μετατόπιση φάσης, προκαλώντας την αύξηση του σήματος εξόδου. Αποτελείται από έναν ενισχυτή απολαβής (είτε op-amp είτε διακριτό τρανζίστορ) και ένα κύκλωμα θετικής ανάδρασης μετατόπισης φάσης και εξασθένησης. Για να διατηρηθούν οι παρατεταμένες ταλαντώσεις, το κέρδος βρόχου ορίζεται στο 1,0 όταν αρχίζουν οι ταλαντώσεις.

• Ταλαντωτές χαλάρωσης: Ένας ταλαντωτής χαλάρωσης δημιουργεί μια κυματομορφή που είναι συνήθως ένα τετράγωνο κύμα ή μια άλλη μη ημιτονοειδής κυματομορφή χρησιμοποιώντας ένα κύκλωμα χρονισμού RC. Αυτός ο ταλαντωτής χρησιμοποιεί μια σκανδάλη Schmitt ή μια άλλη συσκευή που χρησιμοποιεί μια αντίσταση για να μετατοπίσει την κατάσταση του πυκνωτή από τη φόρτιση στην εκφόρτιση.

Συμπέρασμα

Τα ηλεκτρονικά τρανζίστορ είναι μικρές ηλεκτρονικές συσκευές που ρυθμίζουν τη ροή ρεύματος σε ένα κύκλωμα. Επειδή μπορεί να αλλάξει ώστε να λειτουργεί ως διακόπτης, ταλαντωτής και άλλα ηλεκτρονικά εξαρτήματα, το τρανζίστορ είναι ένα πολύ σημαντικό ηλεκτρονικό εξάρτημα που χρησιμοποιείται σε κυκλώματα. Ένα τρανζίστορ μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί ως ενισχυτής. Χρησιμοποιείται όταν το σήμα εισόδου ενός κυκλώματος δεν είναι αρκετά ισχυρό.

Στο κύκλωμα συλλέκτη του Ενισχυτή κοινού εκπομπού, υπάρχει μια αντίσταση. Η τάση εξόδου του ενισχυτή παράγεται από το ρεύμα που διέρχεται από αυτήν την αντίσταση. Η τιμή αυτής της αντίστασης ρυθμίζεται έτσι ώστε η τάση εξόδου να βρίσκεται στη μέση της γραμμής φορτίου του τρανζίστορ στο σημείο ηρεμίας του ενισχυτή, το σημείο Q.