na 2025/04/1 10,728

Obvod základního tranzistorového zesilovače vysvětlil

Pokud jste někdy chtěli postavit svůj vlastní zesilovač pomocí jednoduchých částí, společný emitorový tranzistorový obvod je skvělým místem, kde můžete začít.Je to snadné pochopit, funguje dobře jak s logickými i zvukovými signály, a nevyžaduje žádné komplikované nástroje ani pokročilou matematiku.Naučíte se, jak posílit malé signály, jak vybrat správné komponenty a jak otestovat váš obvod po jeho vytvoření.Tato příručka vás prochází kroky jasným a přátelským způsobem, abyste mohli sledovat, aniž byste se ztratili.Uvidíte také, jak vylepšit základní design, aby byl váš zesilovač stabilnější a silnější.Ať už právě začínáte nebo se snažíte zlepšit své dovednosti, jedná se o solidní úvod do praktického a flexibilního obvodu.S trochou praxe budete stavět a přizpůsobit své vlastní zesilovače v žádném okamžiku.

Katalog

Obrázek 1. obvod tranzistoru emitoru

Emitorový tranzistorový obvod

The běžný emitor Zesilovač je jedním z nejpopulárnějších tranzistorových obvodů, se kterými se setkáte.Používá se v mnoha elektronických zařízeních, protože nabízí dobrý zisk a je poměrně jednoduché sestavit.Dobrou zprávou je - nemusíte být odborníkem na navrhování.S pouhými několika jasnými kroky a trochou porozumění můžete navrhnout spolehlivý a efektivní obvod, který dobře funguje pro mnoho aplikací.

To, co dělá tento design zesilovače přístupný, je to, jak jednoduchá je matematika.Nebudete ohromeni složitými vzorci.Několik jednoduchých výpočtů pomocí Ohmův zákon a základní vlastnosti tranzistoru vás mohou vést k správnému rezistoru a hodnotám kondenzátoru.Jakmile získáte zavěšení procesu, výběr dílů se stává mnohem jednodušší, zejména proto, že si můžete často vybrat standardní hodnoty rezistoru, aniž byste obvod vyhodil.

S tímto typem zesilovače je také velká flexibilita.Můžete začít s velmi jednoduchou verzí - základní Logická vyrovnávací paměť nebo výstupní ovladač- Používání tranzistoru, rezistoru na vstupu a jeden u sběratele.Dokonce i v této základní podobě může být obvod užitečný, zejména pokud potřebujete převést signál z vysokého na nízkou nebo naopak.Je to proto, že obvod invertuje signál: Když vstup stoupá, výstup klesne nízko.

Pokud chcete věci udělat o krok dále, můžete přidat několik dalších částí.Patří mezi ně kondenzátory pro zpracování AC signálů a rezistorů, které pomáhají nastavit správný provozní bod pro tranzistor.An kondenzátor obtoku Lze také přidat pro zlepšení zisku pro AC signály.Tyto přírůstky nezdaří obvod mnohem komplikovanější, ale poskytují vám lepší kontrolu nad tím, jak se zesilovač provádí.S trochou praxe a vylepšení budete moci navrhnout verzi, která dobře funguje pro vaše konkrétní potřeby.

Jednoduchý společný obvod emitoru pro logické signály

Tento typ běžný emitorový obvod je pravděpodobně jedním z Nejjednodušší tranzistorové obvody můžete sestavit.Často se používá jako jednoduchý Logická vyrovnávací paměť nebo signál střídač, a je to skvělý výchozí bod, pokud se právě dostáváte do elektroniky založené na tranzistoru.Nastavení je minimální - potřebujete pouze tranzistor, jeden odpor připojeno ke vstupu (základna tranzistoru) a další odpor připojený ke sběrateli.Dokonce i s těmito několika částmi, obvod dělá něco docela užitečného.

The vstupní rezistor Pomáhá ovládat množství proudu, který proudí do základny tranzistoru.To zabraňuje příliš velkému proudu v poškození tranzistoru nebo ovlivňování jiných částí vašeho obvodu.Mezitím Sběratelský odpor hraje jinou roli.Tam je Vyvíjí se výstupní napětí.Když se tranzistor zapne, proud protéká a sběratelský napětí poklesne a vytvoří a Nízký signál na výstupu.

Způsob, jakým obvod funguje, je jednoduchý, ale chytrý.Když Vstupní signál je vysoký—Letova říká z logické brány nebo mikrokontroléru - tlačí malý proud do základny tranzistoru.Tento malý základní proud umožňuje a Větší proud proudí Od sběratele k emitoru a zapnutí tranzistoru „zapnuto“.Když k tomu dojde, napětí u sběratele klesne blízko nuly a dostanete a nízký výstup.Jinými slovy, vysoký vstup vám dává a nízký výstup, které se nazývá inverze nebo Fázový obrácení.Toto je klíčová funkce běžného emitorového zesilovače.

Obrázek 2. Základní společný emitorový tranzistorový zesilovač pro logické použití

Tento druh obvodu je velmi užitečný, když chcete řídit nízké signální zařízení nebo potřebuje úrovně posunu mezi různými částmi digitálního systému.Například může být použito ovládat LED nebo fungovat jako jednoduché Rozhraní mezi logickými ics.Jeho rychle se stavět, snadno pochopitelné, a Nezabírá mnoho místa nebo moc.Pokud tedy navrhujete obvod na úrovni logiky a potřebujete a Spolehlivá fáze přepínánítoto běžné nastavení emitoru je a Chytrá a jednoduchá možnost.

Krok za krokem průvodce pro základní logický zesilovač

Budování společného emitorového logického zesilovače je snadné, jakmile jej rozdělíte na jednoduché kroky.Tato část průvodce vám pomůže vybrat správné části a zjistit jejich hodnoty, aby váš obvod fungoval tak, jak by měl.Každý krok se zaměřuje na jednu část nastavení, což usnadňuje sledování.

• Vyberte pravý tranzistor

Začněte výběrem tranzistoru, který vyhovuje vašemu projektu.Přemýšlejte o tom, kolik proudu bude váš obvod používat a jak rychle se tranzistor musí zapnout a vypnout.Pro logické obvody je důležité rychlé přepínání, takže přepínací tranzistor je obvykle nejlepší volbou.Ujistěte se, že zvládne napětí mezi kolektorem a emitorem.Zkontrolujte také jeho aktuální zisk (zobrazený jako β nebo HFE).To vám řekne, kolik základního proudu je potřeba k ovládání tranzistoru.Vyšší zisk znamená, že budete potřebovat méně základního proudu, ale vždy je bezpečnější plánovat nižší zisk jen pro případ.

• Najděte rezistor sběratele

Sběratelský rezistor nastaví výstupní napětí, když je tranzistor zapnutý nebo vypnuto.Chcete -li zjistit svou hodnotu, musíte nejprve vědět, kolik aktuálního zatížení potřebuje.Poté pomocí OHMův zákon (r = v / i) můžete vypočítat hodnotu rezistoru.Například, pokud máte 5V napájení a chcete 5ma proudu, budete potřebovat 1KΩ rezistor (5V ÷ 0,005a).Je v pořádku zaokrouhlit na nejbližší standardní hodnotu rezistoru.

• Najděte základní rezistor

K plnému zapnutí tranzistoru potřebuje na základně dostatek proudu.Rozdělte proud kolektoru ziskem (β) a najdete základní proud.Poté použijte rozdíl napětí mezi vaším vstupem a napětím základny (obvykle asi 0,6 V pro tranzistory křemíku) k nalezení hodnoty rezistoru.Například, pokud je váš vstup 5V a chcete na základně 0,25 mA, měl by být rezistor (5V - 0,6 V) ÷ 0,00025A = 17,6 kΩ.Můžete to zaokrouhlit na nedalekou standardní hodnotu jako 18KΩ.

• Všechno zkontrolujte

Před dokončením se vraťte a zkontrolujte všechna svá čísla.Ujistěte se, že tranzistor zvládne proud a napětí.Zkontrolujte, zda výstupní napětí klesne, když je zapnuto, a že váš vstupní zdroj může poskytnout potřebný základní proud.Potvrďte také, že vaše rezistory jsou standardní hodnoty a zvládnou výkon bez přílišného zahřívání.Pokud se něco zdá být vypnuté, upravte to a přepočítat.Rychlá kontrola nyní může ušetřit hodně času později.

Jednoduchý běžný zesilovač emitoru spojený

Tato verze zesilovače společného emitoru zahrnuje a spojovací kondenzátor, což je vhodnější pro práci s AC signály jako zvukové nebo jiné měnící se vstupy napětí.Kondenzátor je umístěn na vstupu do Blokujte jakékoli napětí DC to by mohlo přicházet z předchozí fáze, což umožňuje pouze AC část signálu projít.Toto nastavení pomáhá, když chcete Amplify signálů, které se v průběhu času liší, aniž by to ovlivnilo DC zkreslení tranzistoru.

Tento design však používá pouze jediný odpor k zaujatosti základny tranzistoru.I když to udržuje věci jednoduché, znamená to také tranzistor provozní bod, nebo DC zaujatost, není příliš stabilní.Je to proto, že předpojatost silně závisí na tranzistoru Aktuální zisk (β), které se mohou hodně lišit od jednoho tranzistoru k druhému - dokonce i v rámci stejného typu.V důsledku toho nemusí zesilovač vždy fungovat stejným způsobem, pokud Tranzistor je vyměněn nebo pokud změny teploty, protože oba mohou ovlivnit β.

Tento obvod však může být užitečný, pokud nepotřebujete dokonalou stabilitu a chcete jen Rychlý, jednoduchý AC zesilovač.Jeho dobrý výchozí bod za učení jak AC spojování funguje a jak se tranzistory chovají v zesilovači.Jakmile zde pochopíte základy, budete lépe připraveni na stavět Stabilnější a flexibilnější verze přidáním více odporů a dalších komponent později.

Obrázek 3. AC-COUPLED COMPENSE EMTERTIFICES s jedním základním rezistorem

Kroky k vytvoření základního zesilovače spojeného AC

Sestavení základního zesilovače vázaného na AC je jednoduchý proces, když sledujete několik jasných kroků.Tento druh zesilovače se často používá pro signály, které se v průběhu času mění, jako je zvuk.Následující kroky vám pomohou vybrat správné části a zkontrolovat, zda vše funguje podle očekávání.

• Vyberte tranzistor

Začněte výběrem tranzistoru, který odpovídá potřebám vašeho obvodu.Přemýšlejte o tom, kolik napětí bude zpracovávat mezi sběratelem a emitorem, o tom, kolik energie by to mohlo zvládnout a v jakém frekvenčním rozsahu by měl fungovat. Pro zesilovače obecného účelu, základní tranzistor NPN, jako je 2N3904, často funguje dobře, ale můžete si vybrat ostatní na základě vašeho konkrétního projektu.

• Vyberte rezistor sběratele

Sběratelský odpor pomáhá nastavit výstupní napětí.Dobrým výchozím bodem je nastavit kolektor na přibližně polovinu napájecího napětí.To dává vaší signální místnosti pro houpání nahoru a dolů.K nalezení hodnoty použijte Ohmův zákon (r = v / i).Stačí se rozhodnout, kolik proudu chcete protékat rezistorem, a rozdělte napětí přes něj tímto proudem.

• Vyberte základní rezistor

Chcete -li správně fungovat tranzistor, musíte nakrmit správné množství proudu do jeho základny.Nejprve vydělte proud kolektoru pomocí tranzistorového zisku (β), abyste našli základní proud.Poté použijte napájecí napětí a skutečnost, že základna bude obvykle sedět asi 0,6 V nad zemí, aby nalezla základní rezistor.Ohmův zákon se zde znovu hodí.

• Vypočítejte spojovací kondenzátory

Kondenzátory se používají k blokování DC a předávání AC signálů.Chcete -li vybrat správnou velikost, podívejte se na nejnižší frekvenci, kterou signál použije, a na vstup nebo výstupní odpor, kterým projde.Pomocí vzorce XC = 1 / (2πfc) se ujistěte, že reaktance kondenzátoru odpovídá impedanci při této frekvenci.To udržuje váš signál silný, aniž by odřízl spodní část.

• Přepracovejte své výpočty

Jakmile jste si vybrali všechny části, chvilku si všechno zkontrolujte.Podívejte se na své hodnoty rezistoru, aktuální úrovně a volby kondenzátoru.Ujistěte se, že tranzistor pracuje ve správném rozsahu a signální cesta je jasná.Malé vylepšení v této fázi může, aby váš zesilovač mohl fungovat mnohem lépe, jakmile bude postaven.

Lepší AC-COUPLED COMPENční zesilovač emitorů

Když chcete a spolehlivější a Lepší zesilovač, Tato verze společného obvodu emitoru je způsob, jak jít.Přidáním několika dalších komponent - jako je více odporů a kondenzátory—Váte obvod stabilnější a zlepšit jeho zisk, zejména pro AC signály.Tyto přidané části pomáhají pobytu zesilovače konzistentní, i když se vlastnosti tranzistoru mírně změní nebo se teplota posune.

Jedním z klíčových vylepšení tohoto návrhu je použití a dělič napětí vyrobeno ze dvou rezistorů zaujatosti základny.Díky tomu je Základní napětí mnohem předvídatelnější, což znamená, že tranzistor zůstává spolehlivěji ve správné operační oblasti.Obvod také zahrnuje Emitorový odpor to nastavuje napětí emitoru a pomáhá s stabilita.Tento rezistor vytváří tranzistor Méně citlivé na změny současného zisku (β), Což je důležité, pokud usilujete o konzistentní výkon.

Na Zvyšte zisk AC, a Kondenzátor je přidán přes rezistor emitoru.Tento bypass kondenzátor Umožňuje AC signály „přeskočit“ rezistor, Zvýšení celkového zisku obvodu pro tyto signály a přitom udržovat stabilní předpětí DC.Výsledkem je obvod, který není jen více spolehlivý ale také vám dává silnější, čistší výstupní signál.

Tato verze je obzvláště užitečná, když něco stavíte Trvalejší nebo když váš zesilovač potřebuje Připojte se k jiným fázím bez ztráty kvality signálu.Může to vypadat trochu složitější než základní verze, ale Výhody, které přináší výkon a spolehlivost Udělejte z toho skvělý krok vpřed, jakmile se vám bude dobře spojit s jednoduššími vzory.

Obrázek 4. Vylepšený běžný emitorový zesilovač s více komponenty

Kroky k vytvoření základního zesilovače spojeného AC

Tato verze zesilovače zahrnuje více komponent, což vám poskytuje lepší výkon, zejména pokud jde o zisk a DC stabilitu.Následující kroky rozdělují proces výběru hodnot a jasně navrhování vašeho obvodu.

• Vyberte tranzistor

Vyberte tranzistor na základě toho, co váš obvod potřebuje, pokud jde o napětí, proud a typ signálu.Obecný účetní tranzistor NPN funguje dobře pro mnoho případů, ale ujistěte se, že dokáže zvládnout vaše napájecí napětí a proud bez problémů.

• Vypočítejte rezistor sběratele

Rozhodněte se, kolik aktuálního obvodu potřebuje k napájení do další fáze.Poté zvolte kolektorové napětí, které je asi polovinou napájecího napětí - to dává vaší signální místnosti k pohybu nahoru a dolů.Použijte Ohmův zákon (r = v / i) k určení správné hodnoty rezistoru.

• Vypočítejte emitorový odpor

Pro lepší stabilitu nastavte napětí emitoru na přibližně 1 V nebo asi 10% vašeho napájecího napětí.Protože proud emitoru je téměř stejný jako proud kolektoru, můžete vypočítat emitorový odpor vydělením napětí emitoru proudem.

• Určete základní proud

Chcete -li najít základní proud, rozdělte proud sběratele pomocí tranzistorového zisku (β nebo HFE).Pokud se zisk liší, je bezpečnější použít spodní konec rozsahu, abyste se ujistili, že se tranzistor stále správně zapíná.

• Určete základní napětí

Základní napětí je napětí emitoru plus napětí spojovacího emituru.U křemíkových tranzistorů je to asi 0,6 V.Pokud je tedy emitor na 1V, měla by být základna přibližně 1,6 V.

• Nastavte hodnoty základního odporu

K získání správného napětí na základně použijte dva rezistory v děliči napětí (R1 a R2).Dobrým pravidlem je zajistit, aby proud protékal asi desetkrát vyšší základní proud.To pomáhá udržovat stabilní základní napětí.Vyberte hodnoty rezistoru na základě potřebného napětí a vašeho napájecího napětí.

• Přidejte kondenzátor obtoku Emitor

Chcete -li zlepšit zisk střídavého proudu, přidejte kondenzátor přes emitorový odpor.To umožňuje signály AC obejít rezistor a zvyšovat zisk.Vyberte kondenzátor s reaktantem rovnajícím se rezistoru emitoru na nejnižší frekvenci vašeho obvodu.

• Vyberte vstupní kondenzátor

Vstupní kondenzátor by měl mít reaktivitu, která odpovídá vstupnímu odporu při nejnižší frekvenci signálu.Tím se zabrání blokování nízkofrekvenčních signálů.Vstupní odpor můžete odhadnout jako tranzistorový zisk časy emitorové rezistorové hodnoty.

• Vyberte výstupní kondenzátor

Tento kondenzátor předává amplifikovaný signál do další fáze a blokuje DC.Vyberte hodnotu, která odpovídá odporu zatížení (další část obvodu) při nejnižší frekvenci, se kterou pracujete.

• Přehodnoťte své předpoklady

Jakmile je váš design dokončen, chvíli se vraťte a zkontrolujte vše.Ujistěte se, že tranzistor může stále zvládnout proud a napětí, vaše hodnoty rezistoru mají smysl a všechny vaše volby kondenzátoru podporují správné frekvence.Rychlá recenze pomáhá později vyhnout se problémům.

Pochopení frekvenční odezvy a šířky pásma signálu

Když postavíte společný zesilovač emitoru, pomůže to zjistit, jak se s ním zachází jiný signál frekvence.Některé signály procházejí snadno, zatímco jiné mohou být slabší v závislosti na částech, které používáte - zejména kondenzátory a rezistory.

Rozsah frekvencí, které váš zesilovač zvládne dobře, se nazývá jeho šířka pásma.Na velmi nízké frekvence, kondenzátory mohou působit jako bloky, protože jejich odpor (nazývaný reaktance) jde nahoru.Na vysoké frekvence, umožňují signálům snadněji procházet.Proto je důležité si vybrat Hodnoty kondenzátoru na základě nejnižší frekvence Váš obvod musí pracovat.Například, pokud váš signál klesne 20 Hz, vaše kondenzátory by měly být dostatečně velké, aby to propustily bez příliš velké ztráty.

Kondenzátor přes emitorový odpor - známý jako obtokový kondenzátor—Ko je velký rozdíl.Pomáhá Zvyšte zisk zesilovače pro signály AC.Pokud je tento kondenzátor příliš malý, může váš obvod ztratit zisk při nižších frekvencích.Ale se správnou hodnotou zvyšuje výkon bez ovlivnění nastavení DC.

Pochopení toho vám pomůže vybrat si díly, které vytvářejí váš zesilovač fungovat lépe pro signály, které používáte, ať už je to zvuk, senzory nebo jiné zdroje AC.Jakmile to získáte, úprava designu pro různé frekvenční rozsahy se stává mnohem snazší.

Jak měřit a otestovat obvod zesilovače

Po sestavení obvodu zesilovače je dobrý nápad Zkontrolujte, zda všechno je Práce podle očekávání.Nepotřebujete komplikované nástroje - jednoduché multimetr stačí na to, aby mohl začít, a osciloskop je užitečný, pokud se chcete na signál podrobněji podívat.

Začněte pomocí multimetru ke kontrole Napětí a potvrďte, že dosáhne obvodu.Poté změřte napětí na Sběratel, základna, a emitor tranzistoru.Ve většině případů Sběratel by měl být někde kolem poloviny napájecího napětí, zatímco emitor bude trochu nad zemí.The báze by mělo být asi O 0,6 voltů vyšší než emitor Pokud používáte křemíkový tranzistor.Tyto hodnoty vám pomohou vědět, zda Transistor je správně zkreslený a připraven na zesílení.

Pokud máte generátor signálu A osciloskop, můžete vyzkoušet, jak zesilovač zpracovává malý střídavý signál.Připojte a Nízkofrekvenční sinusová vlna na vstup a zkontrolujte výstup na rozsahu.Měli byste vidět a Větší verze vstupního signálu, převrácená vzhůru nohama.Pokud výstup vypadá Příliš slabé nebo zkreslené, dvakrát zkontrolujte hodnoty odporu nebo kondenzátoru.

I bez rozsahu můžete zkusit použít Zvukový signál- Jako z telefonu nebo hudebního přehrávače - a připojte se malý reproduktor na výstup přes a kondenzátor.Pokud uslyšíte zvuk, znamená to, že zesilovač funguje.

Testování pomáhá zajistit, aby váš obvod dělá to, co má, a také vám dává lepší pocit, jak se chová.Je to jednoduchý, ale užitečný krok, díky kterému je váš projekt spolehlivější.

Více pomoci s výběrem tranzistorů

Jak trávíte více času prací Tranzistorové obvody, obzvláště běžné Emitorové zesilovače, výběr pravý tranzistor stává se snazší a přirozenější.Zpočátku by to mohlo mít pocit, že existuje příliš mnoho možností, ale postupem času získáte lepší představu o tom, co funguje nejlépe pro různé typy obvodů.Začnete rozpoznávat vzory - jako na které jsou tranzistoři dobré Obecné zesilovače a pro které jsou vhodnější Přepínání.

Pro obvody zesilovače, obvykle budete chtít tranzistor, který nabízí slušný zisk, zpracovává vaše Napětí pohodlně a funguje dobře na frekvence Pracujete s.Ne vždy potřebujete něco špičkového-mnoho Běžné, cenově dostupné tranzistory fungovat dokonale dobře Základní zesilovače zvuku nebo signálu.

Na druhou stranu, pokud stavíte okruh, kde tranzistor působí spíše jako On-off spínač—Kus jako ovládání LED, Motor nebo Relay- Je lepší si vybrat a Přepínání tranzistoru.Ty jsou navrženy na Rychle zapněte a vypněte a zvládnout ostré změny proudu bez zpoždění.I když má tranzistor a Vysokorychlostní hodnocení nebo rychlá doba odezvy (jako vysoký FT), neznamená to, že bude vždy fungovat v přepínacím obvodu. Přepínání tranzistorů jsou vyrobeny tak, aby manipulovaly rychlé přechody a náhlé zatížení efektivněji.

Obecně se tedy pokuste Přiřaďte tranzistor k práci musí to udělat.S praxí najdete několik Možnosti To funguje ve většině vašich obvodů.Ať už je to pro zesílení signálu nebo jednat jako a digitální přepínač, pomocí Pravý typ tranzistoru Pomůže vašim obvodům běžet spolehlivěji a provádět tak, jak očekáváte.

Závěr

Nyní, když jste prozkoumali, jak běžný emitorový zesilovač funguje a jak stavět jeden krok za krokem, měli byste se cítit sebevědomější spojování vlastního obvodu.Ať už pracujete s jednoduchými logickými signály nebo zesilujete AC vstupy, jako je zvuk, tento typ obvodu je solidní volbou.Nezapomeňte si vzít čas s výpočty a dvakrát zkontrolovat hodnoty komponent.S trochou praxe vám bude snazší vytvářet zesilovače, které dobře fungují pro jakýkoli projekt, na kterém pracujete.