Tranzistory jsou klíčovými prvky v moderních elektronických zařízeních. Plní mnoho funkcí, od zesílení signálů až po přepínání elektrických obvodů. Důležitým aspektem při práci s tranzistory je použití správného náhradního obvodu. Tento obvod pomáhá popsat chování tranzistoru v různých provozních režimech, usnadňuje analýzu obvodu jako celku a umožňuje výpočty a optimalizaci parametrů.
Hlavními principy náhradních obvodů pro tranzistory jsou analýza provozních režimů, zohlednění vlivu vnějších parametrů a zjednodušení modelu. Existuje několik hlavních schémat substituce, včetně emitorů, základních a kolektorových úrovní rezistoru. Každý náhradní obvod se používá v závislosti na konkrétním režimu tranzistoru a požadavcích na přesnost modelování.
Příklady konkrétních schémat substituce zahrnují modely Eber-Moll a Darlingtonův model. Eber-Mollův model poskytuje jednoduchý matematický pohled pro analýzu zesilovacích obvodů s tranzistory a Darlingtonův model je vylepšenou verzí základního substitučního obvodu. Každý z těchto obvodů má své výhody a nevýhody a výběr konkrétního modelu závisí na specifických požadavcích a podmínkách úkolu.
Náhradní obvody pro tranzistory
Existuje několik různých náhradních obvodů pro tranzistory, které se liší svými vlastnostmi a aplikací. Jedním z nejběžnějších náhradních obvodů je obvod Eber-Moll, který je založen na modelu difuzního proudu a zpětného kolektoru.
Dalším oblíbeným schématem substituce je schéma hybridního ekvivalentu, které je založeno na modelu malého signálu. Tento obvod bere v úvahu všechny prvky tranzistoru a jejich vliv na přenos signálu.
Existují také náhradní obvody pro určité typy tranzistorů, jako jsou bipolární tranzistory, field tranzistory a triody. Každý typ tranzistoru má své vlastní vlastnosti a vyžaduje svůj náhradní obvod.
Náhradní obvody pro tranzistory jsou velmi užitečné při navrhování a analýze elektronických obvodů. Umožňují předpovědět provoz tranzistoru na základě jeho charakteristik a optimalizovat parametry obvodu pro dosažení požadovaného výsledku.
Je důležité poznamenat, že náhradní obvody jsou zjednodušené modely, které nemohou plně popsat všechny aspekty fungování tranzistoru. Mohou být použity pouze pro předběžnou analýzu obvodu a pro přesnější výsledky je nutné provést složitější výpočty.
Základní principy náhradních schémat
Mezi základní principy náhradních schémat patří:
- Výměna aktivních prvků. Náhradní obvod nahrazuje komplexní tranzistor jednoduššími prvky, jako jsou zdroje proudu a napětí.
- Zachování rovnosti parametrů. V substitučním schématu se snaží zachovat hodnoty parametrů původního tranzistoru, aby bylo zajištěno podobné chování.
- Zjednodušení výpočtů. Substituční obvod usnadňuje matematické výpočty tím, že umožňuje použití známých vzorců a obvodů k určení charakteristik obvodu.
- Zohlednění vnějších podmínek. Pokud jde o náhradní obvody tranzistorů, zohledňují se vlivy vnějších faktorů, jako je teplota nebo napájecí napětí.
Náhradní obvody umožňují pohodlnou a efektivní analýzu a návrh složitých obvodů pomocí tranzistorů a dalších aktivních prvků. Jsou nepostradatelným nástrojem pro vývojáře elektronických zařízení a umožňují dosáhnout požadovaných vlastností a funkčnosti.
Příklady náhradních schémat
Existuje několik běžných náhradních obvodů pro tranzistory, včetně:
- Schéma nahrazení emitorového opakovače: Tento obvod se používá k zesílení signálů ve výkonových zesilovačích a je jedním z nejběžnějších obvodů. V substitučním schématu emitoru je kolektorové napětí tranzistoru nahrazeno výstupním odporem a napětí mezi základnou a emitorem je nahrazeno vnitřním odporem kolektoru.
- Náhradní schéma s obecným emitorem: Tento obvod se používá k zesílení malých signálů a má nejvyšší zisk ze všech náhradních obvodů. V tomto obvodu je kolektorové napětí nahrazeno odporem mezi základnou a emitorem a napětí mezi emitorem a základnou je nahrazeno vnitřním odporem kolektoru.
- Náhradní schéma se společnou základnou: Tento obvod se obvykle používá v zařízeních, kde je vyžadován výstup se zpětnou polaritou ve vztahu ke vstupnímu signálu. Ve schématu substituce se společnou základnou je vstupní proud nahrazen vstupním odporem a napětí mezi základnou a emitorem je nahrazeno vstupním odporem kolektoru.
Každý z těchto náhradních schémat má své výhody a nevýhody a výběr použitého schématu závisí na konkrétních požadavcích a podmínkách aplikace.
Zesilovač se společným emitorem
Obvod zesilovače se společným emitorem se skládá z tranzistoru připojeného tak, že jej emitor spojuje se společnou sběrnicí (obvykle se zemí nebo nízkými potenciály), kolektor s napájecím a zatěžovacím zdrojem a základna se zdrojem vstupního signálu.
Zesilovač se společným emitorem je široce používán v radioelektronice pro zesílení malého signálu jak amplitudou, tak výkonem. To je způsobeno vysokým ziskem takového obvodu.
Výhody zesilovače se společným emitorem jsou:
- Vysoký zisk.
- Dobrá linearita zesílení.
- Nepolarita.
- Dobrý víkend.
Nicméně, zesilovač se společným emitorem má i některé nevýhody:
- Potřebuje stabilizaci pracovního místa.
- Malá šířka pásma.
- Zátěžové rezistory v substitučním schématu se mění s teplotou.
Zesilovač se společným emitorem je tedy široce používaný obvod zesilovače, který má vysoké skóre zisku a lineárnosti, ale vyžaduje některá další opatření ke stabilizaci pracovního bodu a zvýšení šířky pásma.
Zesilovač se společnou základnou
Základním principem fungování zesilovače se společnou základnou je, že změna vstupního signálu vede ke změně proudu základny a tím ke změně proudu kolektoru. Zesilovač se společnou základnou tak může zesilovat signál na výstupu.
Mezi výhody tohoto obvodu patří nízký vstupní odpor, široká šířka pásma a vysoká zesilovací kapacita. Kromě toho lze zesilovač se společnou základnou použít v obvodech s nízkým zatížením.
Zesilovač s celkovou základnou má však i některé nevýhody, včetně nízkého zisku a vysokého výstupního odporu.
Celkově je zesilovač se společnou základnou účinným a univerzálním prostředkem pro zesílení signálu. Nachází široké uplatnění v různých elektronických zařízeních, včetně rádiových přijímačů, televizorů, zvukových zesilovačů a mnoha dalších.
Zesilovač se společným kolektorem
Zvláštností zesilovače se společným kolektorem je, že vstupní signál je přiváděn na základnu tranzistoru prostřednictvím pojivového kondenzátoru, čímž se zabrání narušení klidu tranzistoru. Také v tomto obvodu dochází k inverzi fáze signálu. K zesílení dochází prostřednictvím sběrného proudu, který je zesílen úměrně základnímu proudu.
Při použití zesilovače se společným kolektorem je vstupní a výstupní impedance nízká, což umožňuje připojení zesilovače k nízkému zatížení. Kromě toho má tento typ zesilovače vysoký zisk a velkou šířku pásma.
Významnou nevýhodou zesilovače se společným kolektorem je však nízký vstupní odpor, který může vést ke ztrátě signálu. Kromě toho, protože základní proud prochází tranzistorem, má zesilovač se společným kolektorem menší zisk ve srovnání se zesilovačem se společnou základnou.