М.Х. Джонс - Электроника практический курс (1055364), страница 18
Текст из файла (страница 18)
В этом случае следует использовать эмиттерный повторитель. Изменение сопротивления с палтащью трансформатора 99 5.11 Изменение сопротивления с помощью трансформатора Обычно трансформатор применяют лля изменения переменных напряжений. Его использование для преобразования сопротивления лишь чуть менее очевидно. Рассмотрим трансформатор, изображенный иа рис. 5.12. Здесь напряжение Уие приложенное к первичной обмотке, повышается до большего по величине напряжения У,„с Ко вторичной обмотке подключена нагрузка Я„и по ией течет ток 1 г Отношение напряжений У,/Ум равно отношению числа витков: 1ом т~г — =и=— Уы )У, (5.16) где Ф, — число витков в первичной обмотке, а 1тг — число витков во вторичной обмотке.
Теперь будет разумно предположить, что потери мощности в трансформаторе пренебрежимо малы, так что мощность в первичной обмотке равна мощности в цепи вторичной обмотки, то есть г. г =-,— я, Ки Стиовссиис сисис витков и Рис. 5.! 2. Трансформатор в качестве преобразователя напряжения. У 1, = Уи1 (в предположении, что Уи 1 находятся в фазе). Тогда из закона Ома следует: 1 и онт А поэтому г У 1 Уом 1и 1и с Уг 1 ои! У,.„йг Если смотреть иа трансформатор со стороны его первичной обмотки, то 100 Согласование сопротивлений кажется, что он обладает некоторым входным сопротивлением, равным Р. им ~« 1« подставляя значение тока У,„, получим Г Яг й 1» !«з и,„, (5.17) то есть Рл й 3« л Таким образом, мы видим, что первичная обмотка трансформатора оказывает сопротивление, равное сопротивлению нагрузки во вторичной обмотке, деленному на квадрат отношения числа витков.
Величину А,„называют сопротивлением Яо пересчитанным в первичную обмотку. Может показаться удивительным, что обмотка трансформатора, являющаяся по своей сути катушкой, ведет себя как сопротивление, а не как индуктивность. Зто происходит потому, что в наших вычислениях мы неявно предполагали бесконечной собственную реактивность первичной обмотки, которую следовало бы включить параллельно с Р,„. Зто оправданное допущение, когда у трансформатора достаточно большое число витков на вольт и подхоляший сердечник, но сушествует предел в области низких частот, ниже которого эффективность (к.п.д,) трансформатора уменьшается из-за шунтирования первичной обмотки реактивностью.
Наше второе важное допушение неявно содержится в предположении, что отношение напряжений 1;„/)' в точности равно отношению числа витков л. Это имеет место, когда магнитный поток, создаваемый током вторичной обмотки, равен по величине и направлен в противоположную сторону по отношению к потоку, создаваемому током в первичной обмотке. Таким образом, результируюший поток в первичной катушке равен нулю, и никакой индукции от тока вторичной обмотки нет. На практике происходит некоторое рассеяние потоков, в результате чего возникают «индуктивности рассеяния», которые оказываются включенными последовательно с первичной и вторичной обмотками; индуктивностями рассеяния можно пренебрегать, за исключением высоких частот, где они, совместно с емкостями обмоток, приводят к потерям и фазовым слвигам, которыми определяется верхняя граница частотной характеристики трансформатора.
Подводя итог сказанному, вялим, что трансформатор может преобразовать высоковольтный сигнал с малым током в низковольтный сигнал с ббльшим током и наоборот. Вот почему происходит изменение сопротивления, а зто, в частности, необходимо, когда источник слабого сигнала, такой как микрофон, должен быть согласован с усилителем для получения возможно лучшего отношения сигнал/шум.
Если источник сигнала с сопротивлением А должен быть согласован с усилителем, которому необходимо оптимальное сопротивление источника й, то требуемое отношение числа витков в трансформаторе равно: Эмиттерный повторитель 101 Таким образом, в примере (а) из параграфа 5.10, где иам желательно, чтобы 30-омиый микрофон казался усилителю источииком с сопротивлеиием 5000 Ом, необходим повышаюший трансформатор с отношением числа витков, равным !' 5000 ! п=~ — ~ =(167)~ =12,9.
~ 30 / В подобном случае значение и выбирают между 1:10 и 1:15. Кроме правильного отношения числа витков, необходимо также, чтобы через трансформатор хорошо проходили сигналы в желаемом диапазоне частот и требуемой величины, что обеспечивается соответствуюшей величииой индуктивиости первичной обмотки и пренебрежимо малыми иидуктивиостями рассеяния.
5.12 Эмиттериый повторитель 5, 12 1 Расчет схемы эмиттерного повторителя Если для оптимальной передачи напряжения в последуюшую цепь выходное сопротивление должно быть уменьшено, то от применения трансформатора будет мало пользы, так как одиовремеиио с уменьшением сопротивления будет происходить понижение напряжения. Значительно более удовлетворительное решение этой проблемы дает использование транзистора в схеме змиттерного повторителя (в схеме с общим коллектором), В этой схеме, типичиый пример которой представлен иа рис. 5.13, коэффициеит усиления напряжения лишь чуть меньше едииицы. Однако, благодаря усилению тока в транзисторе, змиггериый повторитель понижает выходиое сопротивление любого источника сигнала, подключенного к его входу. Как следует из названия»с общим коллектором», коллектор траизистора напрямую соединяется с шиной питания, которая, — с точки зрения сигнала, — является тем же самым, что и обшая шина (земля), поскольку источник питания всегда бывает спроектирован так, чтобы сопротивлеиие со стороны его выхода было очень мало для сигнала.
Подключаемый иа выходе резистор нагрузки Я, находится в цепи эмиттера, тогда как входной сигнал подается, как обычно, между базой и землей. Прежде чем рассматривать поведение эмиттериого повторителя по отиошеиию к переменным сигналам, стоит обсудить состояние покоя по постояииому току (в отсутствие сигнала). Как и в усилителе с транзистором, включеииом по схеме с общим эмитгером (см. главу 1), мы должны обеспечить возможность для выходного сигнала колебаться как в положительную сторону (по направлению к шине питания), так и в отрицательную сторону (по 102 Согласование сопротивлений ов Рис. 5.
! 3. Эмитгериый повторитель. направлению к земле). Для того, чтобы выходной сигнал имел возможно больший размах, следует выбрать напряжение покоя на эмиттере посредине между землей и питанием, то есть около 4,5 В в данном примере. Если выбрать Я„равным 4,7 кОм, то начальное значение эмиттерного тока покоя будет равно 1 мА. Эта величина (1 мА) выбрана здесь совершенно произвольно такой же, какой она была в усилителе с транзистором, включенным по схеме с общим эмиттером. Выбор тока покоя зависит от переменного тока, необходимого для создания выходного напряжения сигнала: чем больше требуемый размах тока, тем ббльшим должен быть ток покоя, чтобы схема оставалась и линейном режиме.
Этот вопрос еше будет уточнен в параграфе 5.17. С помощью базового резистора смещения Я в переход база-эмиттер подается базовый ток, достаточный для поддержания требуемого тока эмитгера. В данном примере мы предположили, что коэффициент усиления тока и транзистора типа ВС107 равен 200. Таким образом, для поддержания эмиттерного тока, равного 1 мА, требуется базовый ток величиной 1/200 мА = 5 мкА. Этот ток будет течь по резистору Кл, чье сопротивление рассчитывается по закону Ома в предположении, что напряжение на базе равно напряжению на эмиттере (4,5 В).
Тогда на резисторе Я падает примерно (9-4,5) В и текущий по нему ток равен 5 х 10' А, откуда й 9 45 Ом, 5х10 в Ял = 900 кОм. Выбрано сопротивление 1 МОм, как близкое к вычисленному значению из рекомендуемых номиналов. Эмиттерный повторитель 103 Хотя рассмотренный способ задания рабочей точки транзистора едва ли мог быть более простым, он все же в какой-то степени обладает свойством саморегулировки, компенсирующей любые колебания коэффициента усиления тока транзистора и В главе 1 мы впервые встретились с необходимостью такого компенсирующего действия в усилителе напряжения, и приведенные там рассуждения в равной мере приложимы к эмиттерному повторителю. Посмотрим, что случится в схеме на рис. 5.13, если коэффициент усиления тока транзистора будет много больше предположенного значения 200. Эмитгерный ток станет большим, чем 1 мА, и, следовательно, на резисторе )с, будет падать большее напряжение, нежели 4,5 В. В результате напряжение на резисторе Я уменьшится по сравнению с первоначальным значением 4,5 В, и базовый ток станет меньше расчетного значения 5 мкА.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
