Основы электроники. Эмиттерный повторитель и стабилитрон.

Продолжается сага о биполярных транзисторах, и сегодня будет вторая часть из трех 🙂 В этой статье мы обсудим такую замечательную вещь, как эмиттерный повторитель. Тема эта довольно важна для понимания принципа работы транзистора, поэтому постараюсь все описать довольно подробно и главное понятно.

В общем, начинаем разбираться, и начнем мы, собственно, со схемы.

Схема эмиттерного повторителя.

Схема эмиттерного повторителя.

Выходной сигнал тут снимается с эмиттера, а чему он равен? Правильно, напряжение на базе минус 0.6 В (прямое напряжение диода база – эмиттер). Вот и получается, что сигнал на выходе повторяет входной сигнал за той лишь разницей, что амплитуда его меньше на 0.6 В. Таким образом, эмиттерный повторитель полностью оправдывает свое название 🙂

Все это, конечно, замечательно, но может возникнуть резонный вопрос – зачем все эти пляски? Устройство то получилось бесполезное –  что на вход подали, то с выхода и сняли…

Думаю всем понятно, что смысл в этом все же есть, так что давайте разбираться, в чем тут фишка. Но сначала отвлечемся ненадолго и обсудим один важный для понимания электроники в целом момент.

Импеданс нагрузки и источника сигнала.

Строго говоря, сопротивление может быть активным и реактивным (комплексным), но все-таки, сегодня разговор не об этом, поэтому углубляться не будем, просто запомним, что импеданс – это полное сопротивление. А тонкости мы обязательно рассмотрим как-нибудь в отдельной статье.

Итак, нагрузка, источник сигнала и их импеданс!

Пусть у нас есть источник напряжения и к нему подключена нагрузка. Источник не идеальный (а вполне реальный), поэтому его внутреннее сопротивление не равно 0. И в итоге мы получаем делитель напряжения (его составляют резистор нагрузки и внутренне сопротивление источника), что приводит к тому, что на полезной нагрузке будет напряжение меньшее, чем выдает источник. Естественно, это плохо и с этим надо бороться. А как? Ну, тут только один вариант – внутреннее сопротивление источника должно быть намного меньше,  чем сопротивление нагрузки – R_{вн} << R_{н}. В случае источника тока, картинка прямо противоположная, то есть R_{вн} >> R_{н}.

В электрических схемах в качестве источника сигнала может выступать, например, выход усилительного каскада (его сопротивление R_{вых}), а в качестве нагрузки, например, другой каскад, ну или непосредственно нагрузка (с сопротивлением R_{вх}). Вспоминаем выводы, которые мы получили для примера с источником питания и нагрузкой, и получаем, что R_{вх} должно быть намного больше, чем R_{вых}. А если обобщить, то получаем Z_{вых} << Z_{вх} (символом Z обозначается величина импеданса).

А теперь вспоминаем, что мы вообще то обсуждаем тут и возвращаемся к схеме эмиттерного повторителя 🙂

Так вот важнейшее свойство эмиттерного повторителя заключается в том, что его входной импеданс намного больше, чем выходной. И это его свойство невероятно полезно. Смотрите сами – пусть у нас есть источник напряжения и нагрузка. Сопротивление нагрузки должно быть значительно больше выходного сопротивления источника. А если источник подключить к нагрузке через эмиттерный повторитель, то источник сможет работать на нагрузку с меньшим значением импеданса. То есть, если у нас R_{нагрузки}(R_{вх}) примерно равно выходному сопротивлению источника (R_{вых}), например, то потеря амплитуды сигнала будет довольно-таки велика (из-за делителя напряжения, состоящего из R_{вых} и R_{вх}). А если мы включим в цепь эмиттерный повторитель, то эти потери будут значительно уменьшены!

А, если говорить совсем просто, то эмиттерный повторитель обеспечивает увеличение тока, и, соответственно, мощности, хоть напряжение и не меняется. Теперь-то, надеюсь, ни у кого не останется сомнений в полезности этого устройства 🙂

Вот мы и разобрались с принципом работы эмиттерного повторителя. Но на этом  не заканчиваем, давайте-ка посмотрим практические схемы его использования. И в качестве примера хочу показать вам, как использовать повторитель для стабилизации напряжения.

Тут придется второй раз отвлечься от основной темы и немного уделить внимания еще одному полезнейшему элементу – а именно стабилитрону.

Стабилитрон.

Стабилитрон, кстати, также называют зенеровским диодом. Его вольт-амперная характеристика похожа на характеристику обычного диода:

Вольт-амперная характеристика диода.

Но вот используется он буквально противоположно. Посмотрите на схему:

Схема включения стабилитрона.

Обратите внимание на то, что катод подключен к плюсу(!), то есть рабочей областью для зенеровского диода является обратная ветвь ВАХ. Пусть на входе имеется нестабильный источник, тогда питающий ток меняется в некоторых пределах, что вообще-то не очень хорошо. При использовании стабилитрона достаточно большим изменениям входного тока соответствуют очень небольшое изменение выходного напряжения. Это следует из вольт-амперной характеристики – видно, что на обратной ветви, при определенном значении напряжения, характеристика круто уходит вниз. То есть при разных значениях тока (в довольно-таки широких пределах) напряжение на стабилитроне практически не изменяется, что нам собственно, и требуется 🙂 С этим вроде бы все понятно.

У этого способа стабилизации напряжения есть ряд минусов. Во-первых, мы не можем отрегулировать выходное напряжение и установить его на определенное значение, ведь оно определяется характеристикой конкретного стабилитрона. Ну а во-вторых, все-таки стабилитрон не идеален, и в связи с этим пульсации входного напряжения сглаживаются не всегда хорошо.  А если через нагрузку ток не течет, то вся мощность должна рассеяться на стабилитроне, то есть при проектировании схем нужно подыскивать стабилитрон с большой мощностью рассеяния. И тут мы возвращаемся к главной теме нашей беседы, то есть к эмиттерному повторителю, который может значительно улучшить схему стабилизации.

Использование эмиттерного повторителя.

Стабилитрон работает так же, как и в предыдущей схеме, то есть стабилизирует напряжение на базе транзистора. Так как это повторитель, то на выходе мы также получаем стабилизированное значение напряжения. А польза такой схемы заключается в том, что теперь ток, протекающий через стабилитрон, не зависит от тока нагрузки (действительно через стабилитрон течет малый ток базы, который потом усиливается транзистором).  Ток меньше, а вместе с ним, становится меньше и мощность, рассеиваемая на стабилитроне.

А теперь давайте, вспомним, что мы уже изучили в предыдущих статьях, и прикинем, как бы еще улучшить эту схему. Было бы неплохо (даже очень хорошо!) снизить пульсации тока в стабилитроне. А как можно отфильтровать пульсации? Конечно, же фильтром! Фильтром низких частот (про фильтры уже было раньше – вот тут). Добавляем его в схему:

Улучшенная схема эмиттерного повторителя.

Вот так и получаются сложные принципиальные схемы – там что-нибудь добавить, тут что-нибудь улучшить, а здесь что-нибудь отфильтровать 🙂

Про биполярные транзисторы вообще можно разговаривать практически бесконечно, но читать это потом будет нереально, так, что, пожалуй, на этом сегодня и остановимся. Многое еще надо рассмотреть, так что до скорого, до новых статей!

Поделиться!

Подписаться
Уведомление о
guest
20 Комментарий
старее
новее большинство голосов
Inline Feedbacks
View all comments
Денис
Денис
7 лет назад

Так просто оказывается)

Александр
Александр
7 лет назад

Честь и хвала автору! Объяснил на отлично всё

Александр
Александр
6 лет назад

Автор, огромное спасибо! Наконец-то разобрался с ШИПами.

Виктор
Виктор
6 лет назад

Автор, молодец!!
Продолжай писать статьи!
и очень хорошо что ты затрагиваешь другие темы в статье одной темы.
так как становится понятно для чего это нужно, и как это применить!
С уважением, Виктор!

Юля
Юля
6 лет назад

Спасибо огромное, Автор! Всё просто и понятно оказалось!))))))

campeon
campeon
6 лет назад

Супер! Уже неделю ползаю по интернету, пытаюсь нормально разобраться в назначении подключений ОК и ОЭ – это единственная толковая страничка! Спасибо!

Даниил
Даниил
5 лет назад

Автору просто огромное спасибо! Вы – один из тех, кто умеет объяснить нам, хомячкам, такие фундаментальные вещи понятным языком.

Анатолий
Анатолий
5 лет назад

Сколько ни разбираюсь с этим ЭП, никак не могу понять, почему напряжение на выходе равно напряжению на базе. Куда девается напряжение источника тока (12 В) ?

Анатолий
Анатолий
5 лет назад

Спасибо за ответ, но он ничего не объяснил к сожалению. Все это я и так понимал. Не понятно почему напряжение создаваемое грубо говоря над транзистором (на коллекторе) не влияет на напряжение под транзистором (в точке между эмитером и резистором) при открытом транзисторе

Роман52
Роман52
Reply to  Анатолий
5 лет назад

Вся фишка в том,что нагрузка стоит в цепи эммитера,и напряжение сигнала(приходящее на базу) падает на ней (минус 0.6 вольта падения на самом переходе БЭ),усиливающее напряжение-напряжение питания с коллектора-так же падает на ЭТОЙ же нагрузке. Так вот,допустим:напряжение пит 12 вольт,сигнал 5 вольт. На переходе ЭБ падает 0.6 вольт:транзистр открыт,близок к насыщению,на нагрузку с сигнала падают оставшиеся 4.4вольта.Коллекторный ток увеличивается,и,соответственно,увеличивается ток через нагрузку,в соответствии с законом Ома на нагрузке увеличивается падение напряжения,по идее может упасть все 12 вольт за минусом 0,2….0,3в.НО! Как только напряж падения на нагрузке превышает 4.4 вольта-на переходе ЭБ напр уменьшается на ту же величину! Например-на нагрузке упало 4,7в,значит на переходе ЭБ остался потенциал 0,6 минус 0,3=0,3в,коллектор прикрывается-ток на нагрузке уменьшается пока не станет соответствовать падению напряжения ровно 4,4в. Получается 100% обратная связь! Все гениальное просто)))

Артем
Reply to  Роман52
3 лет назад

тоже пытался вопрос пропажи напряжения обмозговать, но заодно и про стабилизацию понял!

Игорь
Игорь
5 лет назад

Кажется понял как работает эмиттерный повторитель (сам я далек от электроники). Получается, что транзистор находится в таком среднем состоянии (не полностью открытом и не полностью закрытом), которое открывает транзистор так, чтобы на эмиттере было напряжение приблизительно меньше входного на 0,6 В, а излишки напряжения питания падают на “приоткрытом” переходе коллектор-эмиттер.
Допустим, на входе 5 В, питание 12 В, на эмиттере 5-0.6 =4.4 В (транзистор n-p-n, поэтому напряжение на базе должно быть выше, чем на эмиттере, чтобы открыть транзистор) и разница между базой и эмиттером 0.6 В. Это устойчивое состояние. Допустим, напряжение на эмиттере хочет упасть и стать не 4.4 В, а 4.3 В. Но тогда перепад между базой и эмиттером увеличится будет уже не 0.6 В, а 5-4.3=0.7 В, поэтому транзистор больше откроется и “придет” напряжение с источника питания, которое увеличит напряжение на эмиттере и не даст ему упасть. Допустим, напряжение на эмиттере продолжает расти и хочет стать не 4.4, а уже 4.5 В. Но тогда перепад напряжения между базой и эмиттером станет не 0.6 В, а 5-4.5=0.5 В, т. е. снизится. Поэтому транзистор “призакроется” и с источника питания будет приходить меньшее напряжение на эмиттер, т. е. напряжение снизится. Так что ни вырасти напряжение на эмиттере не сможет – закроется транзистор и оно снизится, ни снизится – откроется транзистор и оно увеличится. А будет находиться в неком устойчивом состоянии, приблизительно ниже напряжения базы на 0.6 В.

Васек
Васек
3 лет назад

Это надо обмозговать. Получается, причиной всех этих заморочек резистор между эмиттером и землей? И чем больше номинал резистора, тем меньше ток между ними?

Присоединяйтесь!

Profile Profile Profile Profile Profile
Vkontakte
Twitter

Язык сайта

Август 2020
Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс
 12
3456789
10111213141516
17181920212223
24252627282930
31  

© 2013-2020 MicroTechnics.ru