TRANZISTOR 2

Článek volně navazuje na předešlý s názvem TRANZISTOR 1 a zde se konečně setkáme s výkladem jak takový tranzistor zapojit, aby začal plnit nějaký úkol.

Základní zapojení tranzistoru.

Libovolný zesilovač, nezávisle na pracovním kmitočtu, se skládá z jednoho nebo několika zesilovacích stupňů. Aby jste měli představu, jak takový zesilovací stupeň vypadá, ukážeme si zde jejich základní zapojení. V elektronických obvodech může být tranzistor zapojen třemi základními způsoby. Podle elektrody, která je společná pro vstupní i výstupní signál se rozlišuje zapojení se:

společným emitorem (SE) - obrací fázi, proudové a napěťové zesílení je mnohem větší než 1, používá se nejčastěji.

společnou bází (SB) - neobrací fázi, malé proudové zesílení (Ai<1), velmi malá vstupní impedance, velké napěťové zesílení (velikostně podobné jako zapojení SE), zapojení se využívá ve spínačích nebo ve stabilizovaných napájecích zdrojích

společným kolektorem (SC) (= emitorový sledovač) - neobrací fázi, velký vstupní odpor, velké proudové zesílení, menší napěťové zesílení (<1), využívá se ve sledovačích daného obvodu a k převodu impedance.

Zapojení se společným emitorem se vyznačuje vysokým napěťovým i proudovým zesílením. K nedostatkům tohoto zapojení patří malý vstupní odpor stupně, řádově stovky ohmů a vysoký výstupní odpor, řádově desítky kiloohmů. Jeho další vlastností je, že převrátí fázi vstupního signálu vůči vstupnímu o 180 stupňů, tedy jej na svém výstupu invertuje. Vzhledem ke svému vysokému zisku se tomuto zapojení v běžných zesilovačích dává přednost.

Podíváme se na činnost tohoto zapojení podrobněji: pokud se na bází tranzistoru objeví kladné napětí (třeba kladná půlvlna nf signálu), začne přechodem báze – emitor protékat proud, což vede k otevření tranzistoru a tím k průtoku mnohem většího proudu obvodem kolektoru. Vývodem emitoru tedy protéká proud, rovnající se součtu proudů báze a kolektoru. Při záporné půlvlně na vstupu nastává opačný proces, a proud kolektoru (a samozřejmě i emitoru) se zmenšuje. Z tohoto důvody je na bázi přivedeno malé napětí, které vyvolá menší proud báze, který tranzistor poněkud pootevře, aby se mohl záporným vstupním napětím přivírat. Současně se změnami proudu v kolektorovém obvodu se na odporu R2 mění úbytek napětí, který je mnohem větší, než napětí přivedené na vstup zesilovače. Tranzistor zesiluje.

Zapojení se společným kolektorem (také zvané emitorový sledovač) se vyznačuje vysokým vstupním a nízkým výstupním odporem. Zesílení napětí tímto obvodem je vždy menší než 1. Vstupní impedance stupně se společným kolektorem závisí na odporu zátěže (Rz) a na statickém činiteli zesílení h21e v zapojení se společným emitorem. Toto zapojení se používá pro přizpůsobování jednotlivých stupňů k nízké výstupní impedanci (např. sluchátka s nízkou impedancí) nebo vstupního signálu s vysokou impedancí, jako piezoelektrický snímač nebo kondenzátorový mikrofon. Fáze výstupního signálu proti vstupnímu se nemění.

Zapojení se společnou bází se nejčastěji používá v zesilovačích vysokých kmitočtů, zesiluje pouze napětí. Toto zapojení umožňuje lepší využití frekvenčních charakteristik tranzistoru s minimálním šumem. Co je frekvenční charakteristika tranzistoru? Je to schopnost tranzistoru zesilovat vysoké kmitočty, blízké k meznímu kmitočtu. Tato hodnota závisí na typu tranzistoru, vysokofrekvenční tranzistor je schopen zesilovat vyšší kmitočty. S rostoucím kmitočtem zesílení tranzistoru obecně klesá. Pokud při stavbě zesilovače použijeme například zapojení se společným emitorem, tak při určitém (hraničním) kmitočtu stupeň přestane zesilovat vstupní signál.  Při použití téhož tranzistoru, ale v zapojení se společnou bází, je hraniční kmitočet vyšší. Stupeň v zapojení se společnou bází se vyznačuje malou vstupní a jen málo vyšší výstupní impedancí, tyto parametry velmi dobře vyhovují při práci v anténních zesilovačích při použití nesymetrických souosých (koaxiálních) kabelech, jejichž impedance je obvykle nižší než 100 ohmů.

V radioamatérské praxi se občas vyskytne potřeba spojit tranzistory paralelně, za účelem zvětšení výstupního výkonu (zvětšení proudu kolektoru). Na dalším obrázku je uvedena jedna z používaných variant.

V tomto zapojení bychom se měli snažit použít tranzistory s co nejblíže podobnými parametry h21e. Výkonové tranzistory by měly být na společném chladiči. Dále je nutno sladit proudy obou tranzistorů, zde jsou k tomuto účelu použity odpory v emitorech, které by měly být vybrány podle úbytku napětí na nich (v rozsahu pracovních proudů) kolem 1V, ale ne méně než 0,7V. Tento systém zapojení by ovšem měl být používán s velkou opatrností, protože i tranzistory stejného typu a ze stejné série mají velké rozdíly v parametrech. Selhání jednoho z tranzistorů může s velkou pravděpodobností vést k selhání i ostatních tranzistorů v řetězci. Při paralelním spojení dvou tranzistorů nesmí celkový kolektorový proud překročit hranici 1,6 až 1,7 maximálního proudu jednoho z tranzistorů. Paralelně spojených tranzistorů může být i více než dva, podle potřeb. Ovšem za dodržení výše uvedených podmínek.

V radioamatérské praxi se občas vyskytne potřeba použít tranzistor opačné vodivosti, než jaký máme po ruce (například do koncového stupně nf zesilovače atd.), pak se dá použít zapojení znázorněné na dalším obrázku.

V tomto zapojení je použit malovýkonový tranzistor T1 požadované vodivosti, spojený s výkonovým tranzistorem opačné vodivosti. Tato sestava odpovídá výkonovému tranzistoru PNP s vysokým součinitelem zesílení h21e.

Pro zajímavost ještě zde uvádím ukázku tabulek nízkofrekvenčních křemíkových tranzistorů:

V příští části si povíme, jaké zvolit součástky pro nastavení pracovního bodu tranzistoru tak, aby zesilovací stupeň řádně zesiloval a byl současně teplotně stabilní.

Náměty k těmto textům - kniha "Краткий радиотехнический справочник." autorů Богданович и Ваксер, vydavatelství "Беларусь" v roce 1976.