Vidlákovo elektro 62. Zapojení se společnou bází

12. prosince 2013 v 5:26 | Petr |  Vidlákovo Elektro
Když jsem začínal psát vidláky, moje největší fóbie byla, že se na můj blog přilepí nějaký magor, ve stylu "expertů" z doby pozdního bolševika, kteří - kdokoliv řekl "video" - tak ho opravili a řekli "CHYBA SOUDRUHU - dle normy ČSN XXXXX se správně říká magnetoskop". Prostě o co méně bolševik uměl elektroniku vyrábět o to více si uměl pěkně po Orwellovsku hrát se slovíčky ... Jenom poznámka pro mladší čtenáře - video byla bedna ležící pod televizorem, která nahrávala pohyblivé obrázky na obrovskou kazetu plnou magnetické pásky.

Takže už v počátcích vidláků jsem psal, že elektronika je plná "matení nepřítele" a exemplární příklad je "emitter follower" - tedy emitorový sledovač z anglosasské literatury je správně v češtině "zapojení se společným kolektorem".

Ergo jelikož tranzistor má běžně tři elektrody - emitor, kolektor a bázi - patrně bude existovat "zapojení se společným ..... Emitorem, Kolektorem a Bází". A světe div se - je to tak. Doposud jsem se této "učebnicové klasifikaci" vyhýbal jako čert kříži, ale jak plánuju kde se s "Vidláky" vydáme dále - je nutné abych všechna tři zapojení popsal "na plnou hubu" abyste se v příštích dílech neztráceli.

Takže učebnice pro elektroprůmyslovky píšou definici ve stylu - jestli se jedná o zapojení se společným Emitorem, kolektorem, nebo bází poznáte podle toho která elektroda je společná pro vstupní i výstupní obvody. V tom aby se čert vyznal, protože jako obvykle tam většinou nenapsali to nejpodstatnější, že to čemu my říkáme "zesilování" je ve skutečnosti spínání velkého signálu malým, a prostě jelikož všedchy signály musí nakonec dotéct do země tak jenou nožičkou tranzistoru teče zároveň i malý i velký signál (teoreticky).

Prakticky používám úplně jinou klasifikaci - Tranzistor má vždycky jednu nohu uzemněnou a podle toho se pozná jaké zapojení to je :
Příklad : známé "Zapojení se společným kolektorem" alias "emitorový sledovač". Vezměme nejprimitivnější zapojení uprostřed obrázku a hledáme která elektroda má nejmenší odpor "proti zemi" a ačkoliv se to nezdá je to opravdu kolektor - protože ten je zapojený do baterky a baterka jak víte má nepatrný vnitřní odpor - tedy baterka je pro signál vlastně zkrat na zem.
Pak máme to čemu říkám "nejubožejší tranzistorový zesilovač" a tam i blondýna vidí, že emitor je připojen na zem - ergo je to "zapojení se společným emitorem".
Přestože v rámci zlepšení vlastností tranzistoru dáváme do emitoru někdy malý odpor což už jsem opakovaně zmiňoval jako "Emitorovou degeneraci", ale tento odpor nám zase kazí zesílení, takže paralelně k němu dávámě někdy kondenzátor, který nám pro užitečný signál funguje jako zkrat.
Zbývá už jenom doposud nezmiňované "zapojení se společnou bází". Když budete toto studovat v učebnici tak najdete moře schémátek, které na kontaktním poli nebudou fungovat, tak jsem si dal záležet aby tohle, které vidíte na obrázku se dalo opravdu postavit. Na první pohled to vypadá jako chyba ve schémátku "nejubožejšího zesilovače" - protože vazební kondenzátor v bázi jde na zem a "zkratovací kondenzátor" v emitoru naopak přivádí vstupní signál. Vtip je v tom, že do báze tranzistoru musí téct nějaký proud aby tranzistor byl pootevřený, proto se báze nedá uzemnit přímo, ale jen přes kondenzátor (pro užitečný signál).

Než budeme pokračovat tak zde je stručná tabulka s vlastnostmi tří skupin zesilovačů:

JménoVstupní odporVýstupní odporZesílení prouduZesílení napětíMax frekvenceProč se používá
Společný kolektorVysokýTéměř nulovýANONEMax frekvence tranzistoruOddělovač, Impedanční měnič, zesílení proudu na výstupu, zvětšení vstupního odporu
Společný emitorTéměř nulovýVysokýANOANOMax frekv / zesíleníZákladní zesilovač výkonu
Společná bázeTéměř nulovýVysokýNEANOMax frekvence tranzistoruVysokofrekvenční zesilovače

Takže jenom probereme "Společnou bázi" podrobněji. Proč nezesiluje proud ? Protože Kolektorem i Emitorem tranzistoru protéká téměř stejný proud (rozdíl je jenom nepatrný proud báze) proto změny proud vstupního signálu jsou stejné jako změny proudu výstupního signálu. Ze zcela stejného důvodu má tento zesilovač (téměř) nulový vstupní odpor, protože je to taková "tlama požírající proud". A ze zcela stejného důvodu má i vysoký výstupní odpor - protože výstupní proud je dán vstupním, více z obvodu nedostanete a basta ...

Mimochodem jak ten zesilovač vlastně funguje - proud kolektorem i emitorem jsou stejné, ale na tranzistoru je napěťový úbytek a ten se prudce mění i s nepatrnými změnami napětní na emitoru. Protože nepatrná změna napětí na emitoru způsobí o něco větši změnu proudu do báze a ta způsobí velikou změnu vodivosti (a tím napěťového úbytku) na tranzistoru.
Díky tomu, že napětí na bázi, i proudy kolektorem a emitorem jsou relativně konstantní - zesilovaný signál nemusí pořád dokola nabíjet a vybíjet "parazitní kapacity" uvnitř tranzistoru, proto toto zapojení funguje do vysokých frekvencí a v historických dobách to byla jediná cesta jak stavět zesilovače pro stovky MHz.

Dnes už toto zapojení není "základ každého televizoru" ale přesto se občas vyskytne - spíše jako "chytrá finta" uvnitř jiných zapojení. K tomu se dostaneme někdy příště. Dnes už zbývá jenom rada pani Kubáčové novomanželkám : když nachytáte mužíčka jak vzdychá nad vaší podprsenkou - jsou dvě možnosti : buď jej dráždí samotná podprsenka, nebo by nutně potřeboval kontakt s jejím obvyklým obsahem. Proto nenechte nic náhodě - kontrolně se zeptejte jestli ji nechce vyzkoušet - a pak jej nemilosrdně zatáhněte do postele - jedno jestli s podpdrou na vaší, nebo jeho hrudi, na obou, nebo bez - ať je to kterákoliv varinata nakonec vám bude vděčný jak toulavý pes z útulku....
 

1 člověk ohodnotil tento článek.

Komentáře

1 kolemjdoucí kolemjdoucí | 12. prosince 2013 v 11:55

Njn, někdo se lepí na blogy, někdo jinej vážně vzývá volit komunisty... To už je takovej osud blogů. Co s tím, zakážeme to?

2 Petr G. Petr G. | 12. prosince 2013 v 19:28

Základní školu jsem absolvoval za komunistů, střední školu po revoluci. A nenadávám na komunisty? Kde se stala chyba? Nebude to tím, že jsem se na VŠ ve třeťáku vy... a šel na vojnu. Tudíž demokratičtí páni profesoři mi nedali ten správný titul a názor na život. Jen mimo mísu, jak souvisí komunistický blog s magnetoskopem v době Blue-Ray disku. A co na to paní Tleskačová.

3 kolemjdoucí kolemjdoucí | 12. prosince 2013 v 19:39

Jak souvisí úvod článku s tranzistory? Nezlobte se, ale asi dostatečně nechápu vaše asociace.

4 Petr G. Petr G. | 12. prosince 2013 v 20:05

Nezlobím se. Nechápu kde Kubáč vzývá komunisty. Co mi vadí je tahání politiky do elektroniky. Rád si při čtení blogu zavzpomínám na školu. Vzorečky jsem už zapomněl a v excelovských tabulkách co tvoří "moji" nadřízení není logického nic. Tam jsou jen kolonky co se musí vyplnit, aby bylo na konci měsíce z čeho poplatit složenky. Hlavně mít ISO 9001  ...

5 Petr G. Petr G. | 12. prosince 2013 v 20:14

Několik měsíců jsem na základní škole žil v domnění, že jsou magnetoskop a video dvě rozdílné věci. Magnetoskop byl pro naši  rodinu drahý přístroj a ke spolužákovi jsem chodili po škole sledovat Ramba na videu.

6 pavel pavel | 13. prosince 2013 v 13:51

No já si pamatuji nějaký rozhlasový pořad za komunistů, kde odborník na počítače (ing. CSc z výzkumáku) opakovaně používal spojení "počítače kategorie [pé cé]" ... jako malého kluka již tehdy postiženého angličtinou mě to velmi pobavilo (podotýkám že pozdější výraz [pécéčko] jsem vždycky bral jako druh humoru oproti (prozměnu) nadužívané angličtině)

7 Dalík Dalík | 14. prosince 2013 v 23:18

pavel: tak, to zas tak vtipné nebylo, řekl bych, že jste se smál zbytečně :). Název v tehdejší době totiž ještě nebyl v češtině ukotven. Cédéčko je pořád cédéčko.

8 Dalík Dalík | 14. prosince 2013 v 23:27

napětí na bázi, i proudy kolektorem a emitorem jsou relativně konstantní i v zapojení se společným emitorem (neodebíráme-li příliš z výstupu), slušelo by se říci, nebo?

9 petr-kubac petr-kubac | 15. prosince 2013 v 0:59

[8]: Nerad bych "z mosta do prosta" zabrousil do oblasti "Millerova efektu" a jeho vlivu na rychlost tranzistoru. Zjednodušeně lze říct, že nejdůležitější je parazitní kapacita kolektor - báze, která u společného emitoru je zapojena paralelně s odporem v (záporné) zpětné vazbě, zatímco u společné báze tam taky je, ale neuplatní se neb z hlediska signálu je přes mnohem větší externí uzemňovací kapacitu připojena na zem.

10 Dalík Dalík | 20. prosince 2013 v 0:14

Mňo..
Zde soubor do pranice pro Tina-TI, spustit AC analýzu...

http://uloz.to/xGxLpC51/spolecna-baze-a-emitor-tsc

11 petr-kubac petr-kubac | 21. prosince 2013 v 15:29

Tinu-TI menám čas instalovat, ale tipoval bych, že frekvenční charakteristika společné báze - nevyšla dramaticky lépe než u společného emitoru - už od dob křemíkových tranzistorů to tak je - proto je to dneska kuriozita z učebnic eventuelně občas použitá finta fň

12 Dalík Dalík | 21. prosince 2013 v 23:35

Aha, jo, tož společná báze vyšla o něco hůř, při určitých hodnotách rezistorů lépe, rozdíl prakticky žádný.
Ono totiž když se porovnají tato 2 zapojení, tak pro střídavý vstupní signál jsou zcela totožná. Pouze u společné báze teče proud opačným směrem než u spol. emitoru. Takže báze nepřevrací fázi. No, a v kolektoru, když je zapojen totožný rezistor, tak tranzistor taky vůbec nepozná, zda-li je zapojen ve společné bázi, nebo ve společném emitoru.
Křemíkovej nebo nekřemíkovej tranzistor, bohužel jsem z blogu naprosto nepochopil, proč by se měl tranzistor chovat jinak, když je zapojen naprosto totožně (ponecháme-li v emitoru totožný rezistor malé hodnoty v obou zapojeních, spol. báze bez rezistoru v emitoru nefunguje).

13 Dalík Dalík | 21. prosince 2013 v 23:38

Jinak ale velmi za článek děkuji, protože jsem konečně pochopil, co všechny učební materiály na té společné bázi mají, jak to vlastně funguje a k čemu je to dobrý. K ničemu.

14 petr-kubac petr-kubac | 22. prosince 2013 v 12:58

[13]: V dobách kdy germaniové tranzistory typu 2NU***  měly maximální frekvencí 100 KHz - 1 MHZ a vnitřní kapacity mezi elekrodami byly v desítkách pF byl významný rozdíl, ale už od dob KC509 to není nic divokého

15 petr-kubac petr-kubac | 22. prosince 2013 v 12:58

[13]: V dobách kdy germaniové tranzistory typu 2NU***  měly maximální frekvencí 100 KHz - 1 MHZ a vnitřní kapacity mezi elekrodami byly v desítkách pF byl významný rozdíl, ale už od dob KC509 to není nic divokého

16 Dalík Dalík | 23. prosince 2013 v 10:51

Nevěřím - prověřím, mám jich plný šuplík.

17 m.marianek m.marianek | 24. prosince 2013 v 0:01

[16]: To, že něčemu nevěříte, protože to nechápete ještě neznamená, že to nemůže být pravda. Petr Kubáč má pravdu v Millerově efektu. Z hlediska tranzistoru je opravdu šumafuk do který nohy mu pouštíme signál a z který jej odebíráme, on opravdu nepozná, jestli jsme mu zvýšili napětí na bázi, nebo snížili napětí na emitoru. Jenže z hlediska zdrojů signálu už to jedno není, stejně tak z hlediska "spotřebičů" kterými signál z tranzistoru odebíráme. Tranzistoru je Millerova kapacita ukradená, pro něj je to pořád jen kapacita mezi bází a kolektorem, kterou je nutno nabít (vybít). Z hlediska vstupního signálu to jedno není, kapacita se tváří jako násobně větší a ten násobek je zesílení tranzistoru a tomu odpovídá proud přes tuto kapacitu. Impedance zdroje nebude od určité frekvence schopna ukrmit parazitní proud přes tuto kapacitu a zesílení půjde do kopru. V zapojení se společnou bází bude situace obdobná, protože proud ze zdroje signálu musí také ukrmit kapacitu B-C a náboj je stejný, takže zdánlivě je to plichta. JENŽE, zesilovače se splečnou bází se dělají v naprosto převážné většině jako laděné a v tom je právě to kouzlo. Kapacita báze-kolektor se stane součástí kolektorového laděného obvodu a proud touto kapacitou nám kryje rezonanční obvod a proto ji zdroj signálu nemusí krmit, kolektorová impedance je vysoká a tranzistor má velké zesílení. Díky odladění parazitní kapacity kolektorovým rezonančním obvodem (v rezonanci se reaktance odečtou a zbude jen reálná část o vysokém odporu) se zmenší vstupní proud do emitoru a zdroj signálu se odlehčí. Tohle by v zapojení se spol emitorem nebylo možné, protože Millerova kapacita je příliš velká a pokud se ji pokusíme odladit, nepodaří se nám dosáhnout přizpůsobení, protože vstupní odpor tranzistoru je daleko větší, než reaktance Millerovy kapacity.

18 Dalik Dalik | 26. prosince 2013 v 0:28

Aha, tak, děkuji. Sice to ještě pořád nechápu, ostatně ani v blogu není o žádném ladění ani zmínka, ale vám to věřím. Potřeboval bych vidět schéma. Jak se může jakkoli odlehčit ten vstup, když je zkratovanej kondenzátorem z báze na zem?
Za radu UTFG vděčný fakt nebudu.

19 Dalik Dalik | 26. prosince 2013 v 0:52

Pár schémat jsem vygůglil a skutečně, několik z nich bylo laděných. Přesněji, byly tam někde nějaký cívky. Asi bych se na další vysvětlování a chápání vyprd. V každém případě díky.

20 m.marianek m.marianek | 26. prosince 2013 v 11:33

[18]: Vstup se odlehčí protože: v zapojení se společnou bází není vstupní odpor daný jen vodivostí diody B-E, ale hlavně proudem zátěže, kolektorový a emitorový proud je takřka stejný, tzn. že co z kolektoru vyteče, to musíme do emitoru nakrmit. Malá vstupní impedance je dána dynamickým odporem přechodu B-E který je vydělen zesílením tranzistoru (parametrem h21e), prostě proud emitoru je h21e krát větší, než proud báze. Když tedy odlehčíme kolektor - zvětšíme odpor kolektorové zátěže, zmenší se proud touto zátěží a tím i proud do emitoru. No, teď když to píšu, tak jsem si uvědomil, že je to malinko jinak, resp. že by to co jsem řekl platilo kdybychom změnili pracovní bod zesilovače tak, aby na výstupu bylo stejné výstupní napětí, takže to zkusím ještě jinak. Pokud zvětšíme impedanci kolektorové zátěže, tak nám při stejném pracovním bodu vzroste napěťové zesílení (naprosto dle ohmova zákona, proud zůstal stejný, odpor se zvětšil, muselo se tedy zvětšit napětí). Co se týče laděných zesilovačů, to že se výhody zapojení SB projeví právě u laděných zesilovačů neznamená, že jejich vlastností nemůžeme využít i jinde, můžeme je použít všude tam, kde potřebujeme malý vstupní odpor a velký výstupní. Může to fungovat jako jakýsi transimpedanční zesilovač, třeba zrovna u snímání proudu z fotodiody např. u trávoměru. ;-))

Komentáře jsou uzavřeny.


Aktuální články

Reklama