CC-ASTE. Kuva 1. Yksinkertainen CC-vahvistin, jossa virtavahvistus B + 1. Kuva 2. Yksinkertaisen CC-vahvistimen simulaatio

Transkriptio

1 CC-ASTE Yhteiskollektorivahvistin eli emitteriseuraaja on vahvistinkytkentä, jota käytetään jännitepuskurina. Sisääntulo on kannassa ja ulostulo emitterissä. Koska transistorin kannan ja emitterin välinen jännite-ero on aina 0,7 volttia, niin emitterijännite seuraa kantajännitettä, jolloin jännitevahvistus on lähes yksi. Jännitevahvistuksen sijaan yhteiskollektorivahvistinta käytetään virtavahvistimena. Emitterivirta on Ib + B*Ib. Yhteiskollektorivahvistimen luomaa jännitepuskuria käytetään sovelluksissa, joissa hyötysignaalin jännite on valmiiksi riittävän suuri, mutta kuorma vaatii paljon virtaa jolloin ilman virtavahvistusta signaalin jännite tippuisi liikaa. Kuvassa 1 on yksinkertainen yhteiskollektorikytkentä ja kuvassa 2 sen simulaatio, joka havainnollistaa virtavahvistusta. Simuloidulla transistorilla B = 100 jolloin, kannan sisääntulovirta vahvistuu siten, että emitterin kuormavirta on 101 kertaa suurempi. Kuvan vahvistin on asetettu aktiivitilaan tulon tasajännitekomponentilla. Kuva 1. Yksinkertainen CC-vahvistin, jossa virtavahvistus B + 1 Kuva 2. Yksinkertaisen CC-vahvistimen simulaatio

2 Kuvassa 3 on sovellus emitteriseuraajasta, johon on lisätty biasointiin tarvittavat kantavastukset ja kondensaattorit poistamaan DC-komponentteja. Simulaatiosta kuvassa 4 nähdään, että sisääntulo ja ulostulojännitteet ovat yhtä suuret. Komponenttien mitoitukset ovat tehty seuraavasti: B = 100 Ic = 2mA Vcc = 15V Asetetaan emitterijännite puoleen käyttöjännitteestä, jolloin: Re = (Vcc/2)/Ic = 3,75 k Ohmia Mitoitetaan niin, että jakovirta on n. 10 kertaa kantavirta: 0.2mA = 15V/(R1 + R2) R1 + R2 = 75k Ohmia R1/(R1 + R2)*15V = 7.5V + 0.6V R1 = 40.5kOhmia R2 = 34.5kOhmia Kondensaattorit on mitoitettu niin, että niiden impedanssit ovat hyötysignaalin taajuudella pieniä Kuva 3. Yhteiskollektorivahvistinkytkennällä toteutettu jännitteenseuraaja Kuva 4. Jännitteenseuraajan simulaatio

3 CB-ASTE Yhteiskantavahvistin on vahvistinkytkentä, jonka sisääntulo on emitterissä. Sisääntulovirta on kantavirran ja kollektorivirran summa eli virtavahvistus kollektorilla on hieman alle yksi. Näin ollen yhteiskantavahvistin vahvistaa jännitettä. Jännitevahvistus on kollektoripiirin ja emitteripiirin resistanssien suhde. CB-vahvistimia käytetään jännitevahvistimina korkeataajuisissa piireissä, kuten esimerkiksi VHF ja UHFpiireissä, koska sen sisääntulo ei kärsi miller efektistä ja on näin ollen stabiili korkeillakin taajuuksilla. CB-astetta voidaan käyttää myös virtapuskurina. Tyypillisesti virtapuskuria käytetään siirtämään virta ensimmäisestä piiristä, jossa on matala ulostuloimpedanssi, toiseen piiriin, jossa on korkea sisääntuloimpedanssi. Tällä pystytään estämään toista piiriä kuormittamasta ensimmäistä ja näin ollen vaikuttamasta ensimmäisen toimintaan. Kuvassa 5. on yksinkertainen CB-vahvistin, jossa virtavahvistus on hieman alle yksi ja jännitevahvistus R1/R3 = 50. Transistori on biasoitu aktiivitilaan asettamalla tulon tasajännitetaso -1 voltiksi. Kuva 5. Yksinkertainen CB-vahvistinkytkentä Kuva 6. Yksinkertaisen CB-vahvistinkytkennän simulaatio.

4 Kuvassa 7. on CB-kytkennällä toteutettu virtapuskuri. Toimintatilan asettamiseen on käytetty samoja arvoja kuin CC-kytkennässä. Kondensaattoreilla suodatetaan tasajännitekomponentit pois. Kuva 7. CB-kytkennällä toteutettu virtapuskuri Kuva 8. CB-kytkennällä toteutetun virtapuskurin simulaatio

5 CE-aste Yhteisemitterikytketyllä bipolaaritransistorilla saadaan korkea invertoiva jännite, sekä virtavahvistus. Sisääntulo on kannalla ja ulostulo kollektorilla. Yhteisemitterikytketyissä vahvistimissa on kapea kaistanleveys korkean miller-efektin takia. Ce-asteen virtavahvistus on B ja jännitevahvistus noin Rc/Re. Ce-vahvistin on herkkä ulkoisten muuttujien, kuten lämpötilan vaihtelulle, ja sen vahvistus voi vaihdella paljonkin. Yhteisemitterikytkennälle on tyypillistä epästabiilisuus, sekä särö, joita pyritään vähentämään lisäämällä pieni vastus emitterille, jolloin särö ja epästabiilisuus vähenevät, mutta jännitevahvistus laskee. Tällöin puhutaan emitteridegeneroidusta vahvistimesta. CE-vahvistimia käytetään matalakohinavahvistimissa mm. radioissa ja GPS laitteissa. Näillä pyritään vahvistamaan heikkoja signaaleita ilman, että mukaan pääsee kohinaa. Kuvassa 9. on CE-vahvistimen piirikaavio. Vahvistinkytkentä ei ole emitteridegeneroitu. Poistamalla kapasitanssi C6, hyötysignaali kulkisi emitterivastuksen kautta ja vahvistin olisi emitteridegeneroitu. Kuvassa 10 on piirin simulaatio, jossa nähdään CE-asteen virta- ja jännitevahvistus. Kuva 9. CE-vahvistin

6 Kuva 10. Kuvan 1. CC-vahvistimen simulointi.