Po zapoznaniu się z właściwościami wzmacniacza ze wspólnym emiterem masz wszystkie informacje potrzebne do samodzielnego zaprojektowania takiego wzmacniacza. Dziś wspólnie wykonamy dwa przykłady. Co trzeba wiedzieć na wstępie i jekie przyjąć założenia.
Projektowanie 2. Drugi, przeznaczony do jakiegoś zystancja wyjściowa naszego wzmacnia−
wzmacniacza OE urządzenia sygnalizacyjnego ma wzmac− cza 5...10 razy mniejsza od rezystancji ob− niać przebiegi zmienne (akustyczne) z mi− ciążenia. Rezystancja wyjściowa wzmac− W podręcznikach spotkasz różne sche− krofonu elektretowego jak najwięcej, niacza OE jest równa rezystancji rezysto− maty i różne sposoby obliczeń. Nie ma a poziom zniekształceń nie ma znaczenia. ra w kolektorze − a więc rezystor Rc powi− jednego, najlepszego schematu i sposo− W każdym przypadku musisz nie tylko nien mieć wartość 1...2,2kΩ. Przyjmijmy bu. Możesz na przykład wykorzystać skupić się na wzmacniaczu, ale też wartość 2,2kΩ, by zmniejszyć prąd pobie− "przejrzysty" układ z rysunku 10 (EdW uwzględnić "co siedzi" na wyjściu i wej− rany przez nasz wzmacniacz. Jeśli 4/99). Nie znaczy, że powinien się on stać ściu. wzmocnienie ma być równe 20, wypad− podstawą konstruowanych przez Ciebie kowa "rezystancja emiterowa" musi wy− wzmacniaczy. Czasem wykorzystasz Przykład 1 nieść 110Ω. Aby zwiększyć stabilność któryś układ z rysunku 9. Ale w praktyce Niech w pierwszym przypadku mikro− stałoprądowego punktu pracy, niech rezy− i tak najczęściej będziesz wykorzystywał fon dynamiczny ma rezystancję wewnę− stancja emiterowa dla prądu stałego RE1 wzmacniacze operacyjne (zajmiemy się trzną 200Ω, a wyjście projektowanego wynosi na przykład RC/5, czyli około tym już niedługo). Tranzystory będziesz wzmacniacza będzie obciążone rezystan− 470Ω. Teraz należy jeszcze dobrać rezy− stosował raczej tylko w układzie wtórnika cją następnego stopnia równą 10kΩ. Za− story dzielnika w obwodzie bazy. (ze wspólnym kolektorem) oraz w ukła− stosujemy układ z rysunku 10. Aby sygnał Przy dobieraniu rezystorów w obwo− dach przełączających. Ale nie wypada, nie był niepo− dzie bazy należy wziąć pod uwagę kilka byś nie potrafił w razie potrzeby zaprojek− trzebnie tłu− czynników. Dzielnik należy dobrać tak, by tować wzmacniacza tranzystorowego. miony, rezy− napięcie stałe na kolektorze było ustawio− Spróbujmy więc zaprojektować wspólnie stancja wej− ne "w połowie zakresu roboczego". Ponie− dwa wzmacniacze w układzie OE. ściowa nasze− waż w tym przypadku wzmacniamy nie− 1. Pierwszy − wzmacniacz mikrofonu go wzmacnia− wielkie sygnały mikrofonowe, bez zasta− dynamicznego − powinien mieć wzmoc− cza powinna nowienia możemy ustawić napięcie ko− nienie dla przebiegów zmiennych (aku− być 5...10 razy lektora równe połowie napięcia zasilają− stycznych) równe 20, a zniekształcenia większa od re− cego. Dzielnik RB1, R B2 w układzie z ry− powinny być możliwie małe. Napięcie za− zystancji we− sunku 24 ma dać na bazie takie napięcie silające wynosi 12V. wnętrznej mi− stałe, by na kolektorze napięcie stałe Rys. 10 krofonu, a re− wynosiło około 6V. Wynika stąd,
ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 6/99 35
Pierwsze kroki nieniu co najmniej 100) bę− nienia i w razie potrzeby skorygować dzie miał rezystancję wejścio− wartość tego czy innego rezystora. wą nie mniejszą niż W każdym razie zawsze musisz 100*100Ω czyli 10kΩ. Rezy− uwzględnić zarówno rezystancję źródła stancja wejściowa całego sygnału − wzmacniacz musi mieć rezy− wzmacniacza dla przebiegów stancję wejściową (kilkakrotnie) większą zmiennych będzie równa rów− niż rezystancja wewnętrzna źródła oraz noległemu połączeniu tej re− rezystancję obciążenia − rezystancja wyj− zystancji wejściowej tranzy− ściowa (praktycznie wartość RC) powinna stora (min. 10kΩ) i rezystancji być mniejsza niż zewnętrzna rezystancja RB1, RB2 (6,8kΩ, 36kΩ). obciążenia. W przypadku, gdy zewnętrz− Nietrudno obliczyć, że wy− na rezystancja obciążenia jest mała, nale− niesie ona co najmniej ży dodać na wyjściu wtórnik emiterowy. Rys. 24 (10kΩ||6,8kΩ||36kΩ) 3,6kΩ. że prąd kolektora wyniesie około To bardzo dobrze, bo rezystancja wejścio− Przykład 2 6V/2,2kΩ=2,7mA, a napięcie na rezysto− wa jest ponad 10 razy większa od rezy− Drugi wzmacniacz ma wzmacniać rze RE1 1,27V. Stąd napięcie stałe na ba− stancji wewnętrznej mikrofonu (mikrofon przebiegi z dwukońcówkowego mikrofo− zie (i rezystorze RB2 powinno wynosić 200−omowy nie powinien być obciążony nu elektretowego (który możemy śmiało mniej więcej 1,27V+0,6V=1,87V, a na RB1 rezystancją mniejszą niż 1kΩ). traktować jako źródło prądowe), a obcią− około (12−1,87) 10,13V. Przy założeniu, że Ostatecznie układ będzie wyglądał jak żeniem jest wejście bramki CMOS nie zastosujemy jakiegoś archaicznego na rysunku 24. (Schmitta). Tym samym rezystancja ob− tranzystora z odzysku, śmiało możemy Do pełni szczęścia brakuje jeszcze ciążenia tym razem jest bardzo duża i wy− założyć, że współczynnik wzmocnienia wartości pojemności. Dla najniższych nosi setki megaomów. Zastosujemy prądowego β nie będzie mniejszy niż częstotliwości roboczych (przyjmujemy zmodyfikowany schemat z rysunku 9b − 100. Tym samym prąd bazy nie będzie 20Hz) reaktancja pojemnościowa powin− ostatecznie układ będzie wyglądał jak na większy niż 2,7mA/100=27µA. Prąd dziel− na być mniejsza niż współpracująca z nią rysunku 25. nika w obwodzie bazy powinien być kilka− rezystancja. Dla C1 będzie to re− krotnie większy od maksymalnego zystancja wejściowa (3,6kΩ), spodziewanego prądu bazy. Niech będzie dla C2 − rezystancja RE2 (120Ω), 10−krotnie większy: 10*27µA=0,27mA. dla C3 − RL (10kΩ). Suma rezystancji dzielnika (dla ułatwienia Skorzystamy ze wzoru pomijamy prąd bazy) wyniesie więc oko− C= 0,16 / (f R) ło (12V/0,27mA) 44kΩ. W pierwszym pamiętając, że gdy podajemy przybliżeniu (znów pomijając prąd bazy) częstotliwość w hercach, a re− możemy przyjąć, że stosunek rezystancji zystancję w omach to, wynik RB1/RB2 musi być równy stosunkowi na− wychodzi w faradach. pięć na nich występujących czyli, około Stąd minimalne pojemności (10,13V/1,87V) 5,42 do 1. Nietrudno obli− C1 − 2,2µF czyć, że rezystancja RB2 wyniesie mniej C2 − 67µF więcej 44kΩ/(5,42+1) czyli 6,8kΩ, a RB1 C3 − 800µF Rys. 25 (5,42*6,8kΩ) 36kΩ. W tych uproszczo− Zastosujemy wartości więk− nych obliczeniach pominąłem prąd bazy sze, na przykład: Analizę zaczniemy tym razem od wej− (nie większy niż 27µA). Nie zmieni to C1 − 4,7µF ścia. Mikrofon elektretowy, będący w istotnym stopniu warunków pracy, ale C2 − 100µF w istocie źródłem prądowym (dzięki obe− w praktycznym układzie można zmierzyć C3 − 4,7µF cności wbudowanego weń tranzystora rzeczywiste napięcie stałe na kolektorze W obliczeniach tych nie zajmowaliśmy polowego) daje sygnał proporcjonalny do i ewentualnie skorygować wartość które− się poziomem zniekształceń i szumów. wartości rezystora obciążenia. W roli ob− gokolwiek z rezystorów RB1 lub RB2. Wiedza, którą już posiadłeś zapewne ciążenia mikrofonu zastosujemy poten− Aby wzmocnienie napięciowe wynio− podpowiada, że należałoby zastosować cjometr o wartości 10kΩ, by móc regulo− sło 20, wypadkowa rezystancja emitero− stabilizację lub filtrację napięcia zasilają− wać czułość układu. Rezystancja wejścio− wa dla przebiegów zmiennych powinna cego. Nie będę tego omawiał, ponieważ wa naszego wzmacniacza powinna być być równa 110Ω. Na tę rezystancję złożą to jest już wyższy stopień wtajemnicze− większa od rezystancji potencjometru się wewnętrzna rezystancja emiterowa nia i wymaga wielu dodatkowych infor− i powinna wynosić co najmniej kilkadzie− re, wynosząca około 10Ω (26mV/2,7mA) macji. Nie będziemy się w to wgłębiać, siąt kiloomów. Na razie pomińmy rezy− i równoległe połączenie RE1 i RE2 (100Ω). ponieważ dziś wzmacniacze o wysokich stancję RB2. Rezystancja wejściowa sa− Ponieważ RE1 ma wartość 470Ω, RE2 mu− parametrach budujemy z wykorzysta− mego tranzystora w takim układzie pracy si mieć wartość niem układów scalonych. Podany przy− będzie równa wewnętrznej rezystancji re RE2= RE*RE1 / (RE1−RE) kład ma tylko pokazać, jak można w pro− pomnożonej przez wzmocnienie prądo− RE2 = 100Ω*470Ω / (470Ω−100Ω) = sty (wystarczający w praktyce) sposób we tranzystora. Ponieważ rezystancja 47000/370 = 127Ω. obliczyć elementy wzmacniacza. Pamię− wejściowa tranzystora ma być duża, co W praktyce zastosujemy najbliższą taj, że takie obliczenia nie uwzględniają najmniej 50kΩ, zastosujemy tranzystor wartość z szeregu, czyli 120Ω lub 130Ω. wszystkich szczegółów i że po zbudowa− BC548 z grupy B lub C o wzmocnieniu Wypadałoby jeszcze sprawdzić, jaką niu wzmacniacza warto sprawdzić napię− prądowym nie mniejszym niż 200. Przy rezystancję wejściową będzie mieć nasz cie stałe na kolektorze i wartość wzmoc− danych wartościach wewnętrzna rezy− wzmacniacz. Sam tranzystor (o wzmoc− stancja tranzystora re nie może być mniej−
36 ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 6/99
Pierwsze kroki sza niż 250Ω (50kΩ/200). Rezystancja re na kolektorze tranzystora nie będzie łych prądach tranzystor może mieć zde− zależy od prądu kolektora (re=26mV/IC). większe niż 1...1,1V (napięcie UBE tranzy− cydowanie mniejsze wzmocnienia. Po Stąd prąd kolektora nie może być więk− stora plus spadek napięcia na rezystorach drugie wzmocnienie napięciowe może szy niż 0,1mA (26mV/250Ω). Może być RB1, RB2). Tym samym napięcie na rezy− zostać ograniczone przez nieuwzględnio− mniejszy − wtedy rezystancja wejściowa storze RC (rysunek 25) wyniesie około 8V. ne w obliczeniach właściwości tranzysto− będzie jeszcze większa. Prąd kolektora powinien być mniejszy niż ra reprezentowane przez parametr h22. Przy wzmocnieniu prądowym powyżej 0,1mA, stąd wartość RC nie powinna być Po trzecie należy pamiętać nie tylko o re− 200 prąd bazy (płynący z kolektora przez mniejsza niż 80kΩ (8V/0,1mA). Przyjmie− zystancji, ale też o pojemności obciąże− RB1, RB2) będzie mniejszy niż 0,5µA. my "okrągłą" wartość 100kΩ. Tak duża nia. Pojemność wejściowa bramki CMOS Oczywiście wartości RB1, RB2 powinny wartość RC tym razem jest dopuszczalna, wynosi 5...10pF. Przy częstotliwości być możliwie duże. Jeśli założymy ma− ponieważ zewnętrznym obciążeniem jest 10kHz będzie to oporność (reaktancja) rzędu ksymalny spadek napięcia na tych oporni− wejście bramki CMOS, mające ogromną Xc = 0,16 / (10kHz*10pF) = 1,6MΩ kach równy 0,5V, to ich sumaryczna rezy− (pomijalnie wielką) rezystancję. W rezul− czyli mniejsza niż rezystancja RC. Jak stancja powinna wynosić około 1MΩ tacie wzmocnienie wzmacniacza nie po− z tego widać, nadmierne zwiększanie RC (0,5V/0,5µA). Mogą to więc być dwa re− winno być mniejsze niż 400 spowoduje obcięcie pasma od strony wy− zystory o wartości 470...510kΩ. Przy tak (100kΩ/250Ω), co z powodzeniem po− sokich częstotliwości. Lepszym, choć dużych rezystancjach pojemność C3 nie winno wystarczyć. W praktyce może być bardziej kłopotliwym sposobem byłoby musi być duża − dla najmniejszych często− zauważalnie mniejsze ze względu na zastosowanie obciążenia w postaci tliwości użytecznych (powiedzmy 50Hz) wpływ h22, ale i tak zapewne wystarczy. źródła prądowego, ale to wymaga użycia reaktancja tego kondensatora powinna I to w zasadzie koniec obliczeń. dodatkowych elementów. być kilkakrotnie mniejsza od wartości Tym razem konieczne jest zastosowa− I to wszystko, co powinieneś wiedzieć tych rezystorów (powiedzmy Xc=100kΩ). nie obwodu R1C1 filtrującego napięcie o układzie OE. Upewnij się, czy wszystko Stąd minimalna pojemność zasilające mikrofonu. Bez tego obwodu, zrozumiałeś, jeśli nie − albo popytaj znajo− C2min = 1 / (2*π*f*Xc) = 0,16 / (f*Xc) ze względu na duże wzmocnienie, układ mych, albo napisz do mnie. C2min = 0,16 / (50Hz*0,1MΩ) = w pewnych warunkach mógłby się wzbudzać. W następnym odcinku zajmiemy się 0,033µF=33nF Ktoś mógłby jeszcze zaproponować króciutko wzmacniaczem ze wspólną ba− My zwiększymy tę pojemność do zwiększenie rezystancji RC do na przykład zą i kilkoma innymi ciekawymi zagadnie− 100nF. Taką też pojemność może mieć 4,7MΩ (RB1, RB2 do 22MΩ) by jeszcze niami. kondensator C1. zwiększyć rezystancję wejściową. Taka Spadek napięcia na rezystorach RB1, operacja jest jednak ryzykowna z kilku Piotr Górecki RB2 jest mniejszy niż 0,5V, stąd napięcie powodów. Po pierwsze przy bardzo ma−
