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
5 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
2 лет назад

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

Игорь
Игорь
4 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

Июнь 2020
Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс
« Май    
1234567
891011121314
15161718192021
22232425262728
2930  

© 2013-2020 MicroTechnics.ru