Emitter Follower & Darlington Verstärker
Emitterfolger und Darlington-Verstärker sind die häufigsten Beispiele für Rückkopplungsverstärker. Dies sind die am häufigsten verwendeten mit einer Reihe von Anwendungen.
Emitter Follower
Die Emitterfolgerschaltung hat in Rückkopplungsverstärkern einen herausragenden Platz. Der Emitterfolger ist ein Fall einer negativen Stromrückkopplungsschaltung. Dies wird hauptsächlich als Verstärker der letzten Stufe in Signalgeneratorschaltungen verwendet.
Die wichtigen Merkmale von Emitter Follower sind -
- Es hat eine hohe Eingangsimpedanz
- Es hat eine niedrige Ausgangsimpedanz
- Es ist eine ideale Schaltung zur Impedanzanpassung
All diese idealen Eigenschaften ermöglichen viele Anwendungen für die Emitterfolgerschaltung. Dies ist eine Stromverstärkerschaltung ohne Spannungsverstärkung.
Konstruktion
Die Konstruktionsdetails einer Emitterfolgerschaltung sind einem normalen Verstärker nahezu ähnlich. Der Hauptunterschied besteht darin, dass die Last R L am Kollektoranschluss fehlt, aber am Emitteranschluss der Schaltung vorhanden ist. Somit wird der Ausgang vom Emitteranschluss anstelle des Kollektoranschlusses genommen.
Die Vorspannung wird entweder durch das Basiswiderstandsverfahren oder durch das Potentialteilerverfahren bereitgestellt. Die folgende Abbildung zeigt den Schaltplan eines Emitterfolgers.
Operation
Die zwischen Basis und Emitter angelegte Eingangssignalspannung entwickelt eine Ausgangsspannung V o über R E , die sich im Emitterabschnitt befindet. Deshalb,
$$ V_o = I_E R_E $$
Der gesamte Ausgangsstrom wird durch Rückkopplung an den Eingang angelegt. Daher,
$$ V_f = V_o $$
Da die an R L entwickelte Ausgangsspannung proportional zum Emitterstrom ist, ist diese Emitterfolgerschaltung eine Stromrückkopplungsschaltung. Daher,
$$ \ beta = \ frac {V_f} {V_o} = 1 $$
Es wird auch angemerkt, dass die Eingangssignalspannung zum Transistor (= V i ) gleich der Differenz von V s und V o ist, dh
$$ V_i = V_s - V_o $$
Daher ist das Feedback negativ.
Eigenschaften
Die Hauptmerkmale des Emitterfolgers sind wie folgt:
- Keine Spannungsverstärkung. Tatsächlich beträgt die Spannungsverstärkung fast 1.
- Relativ hohe Stromverstärkung und Leistungsverstärkung.
- Hohe Eingangsimpedanz und niedrige Ausgangsimpedanz.
- Eingangs- und Ausgangswechselspannung sind in Phase.
Spannungsverstärkung des Emitterfolgers
Da die Emitterfolgerschaltung eine herausragende Rolle spielt, versuchen wir, die Gleichung für die Spannungsverstärkung einer Emitterfolgerschaltung zu erhalten. Unsere Emitter Follower-Schaltung sieht wie folgt aus:
Wenn ein Wechselstrom-Ersatzschaltbild der obigen Schaltung gezeichnet wird, würde es wie das folgende aussehen, da der Emitter-Bypass-Kondensator fehlt.
Der Wechselstromwiderstand r E der Emitterschaltung ist gegeben durch
$$ r_E = r'_E + R_E $$
Wo
$$ r'_E = \ frac {25 mV} {I_E} $$
Um die Spannungsverstärkung des Verstärkers zu ermitteln, kann die obige Abbildung durch die folgende Abbildung ersetzt werden.
Es ist zu beachten, dass die Eingangsspannung über den Wechselstromwiderstand der Emitterschaltung angelegt wird, dh (r ' E + R E ). Unter der Annahme der Emitter - Diode als ideal, die Ausgangsspannung V out wird
$$ V_ {out} = i_e R_E $$
Die Eingangsspannung V in wird sein
$$ V_ {in} = i_e (r'_e + R_E) $$
Daher beträgt die Spannungsverstärkung des Emitterfolgers
$$ A_V = \ frac {V_ {out}} {V_ {in}} = \ frac {i_e R_E} {i_e (r'_e + R_E)} = \ frac {R_E} {(r'_e + R_E)} $$
Oder
$$ A_V = \ frac {R_E} {(r'_e + R_E)} $$
In den meisten praktischen Anwendungen
$$ R_E \ gg r'_e $$
Also A V ≈ 1. In der Praxis liegt die Spannungsverstärkung eines Emitterfolgers zwischen 0,8 und 0,999.
Darlington-Verstärker
Die gerade diskutierte Emitterfolgerschaltung erfüllt nicht die Anforderungen der Schaltungsstromverstärkung (A i ) und der Eingangsimpedanz (Z i ). Um eine gewisse Erhöhung der Gesamtwerte der Schaltungsstromverstärkung und der Eingangsimpedanz zu erreichen, werden zwei Transistoren angeschlossen, wie im folgenden Schaltplan gezeigt, der als bekannt istDarlington Aufbau.
Wie in der obigen Figur gezeigt, ist der Emitter des ersten Transistors mit der Basis des zweiten Transistors verbunden. Die Kollektoranschlüsse beider Transistoren sind miteinander verbunden.
Vorspannungsanalyse
Aufgrund dieser Art der Verbindung ist der Emitterstrom des ersten Transistors auch der Basisstrom des zweiten Transistors. Daher ist die Stromverstärkung des Paares gleich dem Produkt der einzelnen Stromverstärkungen, dh
$$ \ beta = \ beta _1 \ beta _2 $$
Eine hohe Stromverstärkung wird im Allgemeinen mit einer minimalen Anzahl von Komponenten erreicht.
Da hier zwei Transistoren verwendet werden, sind zwei V BE- Tropfen zu berücksichtigen. Die Vorspannungsanalyse ist ansonsten für einen Transistor ähnlich.
Spannung über R 2 ,
$$ V_2 = \ frac {V_CC} {R_1 + R_2} \ mal R_2 $$
Spannung über R E ,
$$ V_E = V_2 - 2 V_ {BE} $$
Strom durch R E ,
$$ I_ {E2} = \ frac {V_2 - 2 V_ {BE}} {R_E} $$
Da die Transistoren direkt gekoppelt sind,
$$ I_ {E1} = I_ {B2} $$
Jetzt
$$ I_ {B2} = \ frac {I_ {E2}} {\ beta _2} $$
Deshalb
$$ I_ {E1} = \ frac {I_ {E2}} {\ beta _2} $$
Was bedeutet
$$ I_ {E1} = I_ {E1} \ beta _2 $$
Wir haben
$ I_ {E1} = \ beta _1 I_ {B1} $ seit $ I_ {E1} \ cong I_ {C1} $
Daher als
$$ I_ {E2} = I_ {E1} \ beta _2 $$
Wir können schreiben
$$ I_ {E2} = \ beta _1 \ beta _2 I_ {B1} $$
Daher kann die Stromverstärkung als angegeben werden
$$ \ beta = \ frac {I_ {E2}} {I_ {B1}} = \ frac {\ beta _1 \ beta _2 I_ {B1}} {I_ {B1}} = \ beta _1 \ beta_2 $$
Die Eingangsimpedanz des Darling-Ton-Verstärkers beträgt
$ Z_ {in} = \ beta_1 \ beta_2 R_E ..... $ vernachlässigt r ' e
In der Praxis sind diese beiden Transistoren in einem einzigen Transistorgehäuse angeordnet, und die drei Anschlüsse sind wie in der folgenden Abbildung gezeigt aus dem Gehäuse herausgenommen.
Diese drei Endgeräte können als bezeichnet werden Darling ton transistor. Der Darling-Ton-Transistor wirkt wie ein einzelner Transistor mit hoher Stromverstärkung und hoher Eingangsimpedanz.
Eigenschaften
Das Folgende sind die wichtigen Eigenschaften des Darling-Ton-Verstärkers.
- Extrem hohe Eingangsimpedanz (MΩ).
- Extrem hohe Stromverstärkung (mehrere Tausend).
- Extrem niedrige Ausgangsimpedanz (einige Ω).
Da die Eigenschaften des Darling-Ton-Verstärkers im Wesentlichen die gleichen sind wie die des Emitterfolgers, werden die beiden Schaltungen für ähnliche Anwendungen verwendet.
Bisher haben wir Verstärker diskutiert, die auf positivem Feedback basieren. Die negative Rückkopplung in Transistorschaltungen ist hilfreich bei der Arbeit von Oszillatoren. Das Thema Oszillatoren wird im Tutorial Oszillatoren vollständig behandelt.