Tranzistor v zapojení SK

Na obrázku 0 je príklad zapojenia obvodu s tranzistorom (F), ktoré má pracovný odpor pripojený v emitorovom obvode a signál sa odoberá z emitora. Kolektor tranzistora je pripojený priamo na zdroj jednosmerného napätia. Z hľadiska náhradného obvodu (F) pre malý (striedavý) signál (ktorý sa vytvorí nahradením nezávislých jednosmerných zdrojov napätia ich vnútornými odpormi, teda v prípade ideálnych zdroja napätia skratom F) predstavuje kolektor spoločný vývod pre vstupnú a výstupnú časť náhradného obvodu a preto sa takéto zapojenie nazýva zapojenie so spoločným kolektorom (SK). Z hľadiska prenosových vlastností (F napäťové zosilnenie blízke jednotke, takže výstupný signál je prakticky zhodný so vstupným signálom alebo inými slovami povedané sleduje vstupný signál) sa takéto zapojenie tranzistora nazýva aj emitorový sledovač.
 

	Obr. 0a. Vytvorenie predpätia pre sledovač pomocou deliča R1, R2 (prúd pretekajúci cez delič jel podstatne (5 až 10 x) väčší ako prúd tečúci do bázy).
	Obr. 0b. Príklad zlého návrhu predpätia pre tranzistor, ktoré je citlivé na rozptyl koeficienta prúdového zosilnenia bF. (Pre ilustráciu pozri tiež spínač v takomto zapojení F )

Na prvý pohľad je emitorový sledovač (F) so svojim napäťovým zosilnením A_u~1 a prúdovým zosilnením Ai~ b_F zbytočné zapojenie. Sledovač má však podstatne väčšiu vstupnú impedanciu (Z_vs~R_vs~r_p+(b+1)R_E) ako výstupnú (Z_vys~R_vys~(r_p+R_g)/(b+1)) a preto zdroj vstupného signálu (s vnútorným odporom R_g) potrebuje odovzdať menší výkon ak záťaž zapojíme cez sledovač. 
 

Nastavenie potrebného predpätia pre pracovný bod v stave pokoja emitorového sledovača

1. Jednou z možností (spôsob sa používa v úlohe 4 a 5) vytvorenia správne polarizovaného predpätia je spôsob podobný tomu ako sa nastavuje pokojový pracovný bod v zapojení so spoločným emitorom pomocou deliča R₁, R₂ (obr.0a) tak, aby prúd pretekajúci cez delič bol podstatne väčší ako prúd tečúci do bázy – napr. v súhlase s podmienkou R₁||R₂<<b_FR_E.

 
2. Iný spôsob (použitý v úlohe 1 až 3) ak zdroj signálu má jednu svoju svorku uzemnenú je použitie dvoch zdrojov napájania (obr.0c). Predpätie na bázu sa privádza buď priamo cez zdroj signálu (obr.0ca) alebo v prípade bez jednosmernej väzby s väzobným kondenzátorom (obr.0cb) je voľba pre odpor medzi bázou a zemou R_B~ b_FR_E.

(a)	(b)
Obr. 0c. Polarizovanie PN prechodov sledovača pomocou dvoch zdrojov Ucc a Uee. (Potenciál bázy a emitora sú blízke 0V)

Napríklad pri návrhu zapojenia podľa obrázku pre frekvenčnú oblasť zvukových signálov (od 20Hz po 20kHz), pre pracovný bod tranzistora s emitorovým prúdom I_E=1mA a napájacim napätím U_cc=15V možno postupovať nasledovne. (Pri návrhu predpokladáme, že súčiniteľ prúdového zosilnenia stanoveného pre zapojenie so spoločným emitorom (SE) b_F~100. Obecne sa však nedoporučuje orientovať pri návrhu pracovného bodu tranzistora priamo na koeficient b_F, nakoľko jeho hodnota môže mať podstatný rozptyl u jednotlivých tranzistorov (obr. 0b). V návrhu je použité napájanie bázy sledovača (obr. 0a) z „tvrdého“ deliča R₁, R₂ , ktorá udržuje pomerne stále napätie na báze a tak podstatne redukuje vplyv rozptylu hodnôt koeficienta b_F na prúd bázy.) 

• Pretože vstupný signál je bipolárny zvoľme jednosmerné napätie na emitore U_E=0,5Ucc=7,5V.
• Pre nastavenie potrebného prúdu v stave pokoja I_E=1mA zvolíme odpor R_E=7,5kW.
• Potrebné napätie na báze (Si tranzistora) U_B=U_E+0,6V=8,1V možno dosiahnuť pri pomere odporov R₁:R₂=1:1,17 napr. tak, že R₁=130kW a R₂=150kW (použijúc podmienku R₁||R2~0,1b_FR_E=75kW).
• Voľba väzobného kondenzátora C₁. Vstupný odpor sledovača (~b_FR_E~750kW) spolu s odporom R₁||R₂~70 kW tvoria výsledný odpor R~63kW filtra vysokých frekvencii RC₁. Požadujeme, aby sledovač prenášal frekvenciu 20Hz s poklesom ~ -3dB, takže musí byť C₁ aspoň 0,15mF.
• Voľba väzobného kondenzátora C₂. Kondenzátor C₂s zatiaľ nešpecifikovaným vstupom R_L ďalšieho stupňa tvoria filter vysokých frekvencii R_LC₂ (výstupný odpor sledovača<< R_L) Nedopustíme sa veľkej chyby ak budeme predpokladať, že R_L=<R_E. Pretože požadujeme, aby sledovač prenášal frekvenciu 20Hz s poklesom ~-3dB, musí byť C₂aspoň 1mF.
• Nakoľko výsledný filter vysokých frekvencii RC₁+ R_LC₂ je dvojvstupňový (f_d=(f_d1.f_d1)^0,5) treba zobrať o niečo väčšie kapacity, napr. C₁=0,5mF, C₂=3,3mF.

Jednosmerné pracovné podmienky tranzistora možno určiť pomocou veľkosignálneho náhradného obvodu na obr.0d_a. Napríklad prenos jednosmerných napätí zo vstupu U_g na výstup U₂ možno charakterizovať (samozrejme za predpokladu, že impedancia  predstavovaná kondenzátorom |1/jwC₁|-->0): 

Pre malé zmeny signálu je v hodný model zobrazený na ďalšich obrázkoch 0d_b - 0d_d. 

Obr. 0d. Náhradný obvod emitorového sledovača (podobného zapojeniu na obr. 0b). Pre veľký signál - pre stanovenie jednosmerných pracovných podmienok tranzistora; Pre malý signál - pre stanovenie prúdového a napäťového zosilnenia. Označenie použité na obrázku:  beta_F*IB=bF*IB; g_m*u_pi=gm*up; r_pi=rp; u_pi=up; u_2=u2.

 

Obr. 0d. Náhradný obvod emitorového sledovača. (c) Pre stanovenie výstupného odporu; (d) Pre stanovenie vstupného odporu; Označenie použité na obrázku:  beta_F*IB=bF*IB; g_m*u_pi=gm*up; r_pi=rp; u_pi=up; u_2=u2.

S pomocou uvedených náhradných obvodov možno určiť niektoré základné vzťahy, charakterizujúce činnosť emitorového sledovača. 

Na stanovenie výstupného odporu sledovača bol použitý pomocný zdroj napätia u_n, ktorý umožňuje udržať v rovnakých podmienkach činnosť neautonómneho zdroja g_m*u_p  aj po odstránení (nahradení skratom) nezávislých zdrojov napätia  U_cc a U_g z obvodu. 

[Návrat]