Przemyślałem sobie kilka rzeczy i mam rozumieć, że chodzi oto, abym w szczególności na samym początku zaczął podchodzić do sprawy intuicyjnie i, abym przede wszystkim analizował obwody w sposób intuicyjny. Tak mam to rozumieć?
Skoro tak, to muszę się zapytać o kilka bardzo podstawowych (elementarnych) spraw, które jeszcze chyba nie dokońca rozumiem, albo trochę nie dokońca sobie uświadomiłem. Trochę wstyd, że jeszcze tego nie zrozumiałem, ale niestety muszę się tego dowiedzieć.
Wiem, że dużo napisałem (nawet bardzo), ale chciałbym się upewnić co do kilku kwestii.
1. Najważniejsza kwestia i zarazem najbardziej podstawowa, o którą muszę zapytać i, o której wyjaśnienei chciałbym prosić. Wiem, że to są kompletne podstawy, ale ja pewnej kwestii z nich nie dokońca chyba zrozumiałem (albo nie dokońca sobie ją uświadomiłem). Ta tajemnicza kwestia dotyczy rozkładu potencjałów.
Mamy cztery rysunki
P1,
P2,
P3 oraz
P4.
Rysuneki
P2 i
P3 przedstawiają znaczenie uproszczone dwie sytuacje (układy zastępcze ze źródłem prądowym symulującym obwód kolektor-emiter) związane z układem z rysunku
P1. Tranzystor ma wzmocnienie równe 100.
I teraz tak. Weźmy rysunki
P1. Gdy wrasta prąd bazy Ib, to zwiększa się też napięcie baza-emiter Ube, a co za tym idzie wzrasta też prąd kolektora Ic. Gdy wzrasta prąd kolektora Ic, to zwiększa się spadek napięcia na Rc (oznaczony jako Urc), a zmniejsza się napięcie kolektor-emiter Uce oraz zmniejsza się potencjał kolektora Uc (punkt C na rysunkach P1,P2,P3). Na skutek rosnącego prądu kolektora Ic rośnie też prąd emitera Ie, co za tym idzie rosną też spadki napięć na rezystorach emitera Ure1 i Ure2, wzrasta też potencjał emitera Ue (punkt E). Rysunek P2 przedstawia identyczną sytuację jak na rysunku P1 (z pominięciem prądu bazy). I w czym jest problem?
Ja rozumiem w pełni dlaczego rosną napięcia na rezystorach (na skutek wzrostu płynącego przez nich prądu), ale jakoś nie zabardzo rozumiem dlaczego zawsze (w takim układzie) spada potencjał kolektora, a dlaczego zawsze rośnie potencjał emitera? W tym jest mój problem. Oczywiście II Prawo Kirchhoffa znam i wiem, że suma spadków napięć na elementach odbiornikowym musi być równa napięciu źródeł zasilania. Czyli u nas
Uzas = Urc + Uce + Ure1 + Ure2 .
Ale ja jakoś nie zabardzo wiem dlaczego potencjał kolektora zawsze spada, a potencjał emitera zawsze rośnie? Czy mógłbym prosić o wyjaśnienie mi tej bardzo ważnej kwestii?
Tak samo weźmy teraz rysunek P4. W punkcie
a) mamy układ ze wspólnym emiterem tylko rezystancjami w dołączonymi do kolektora. I teraz gdy rośnie prąd kolektora, to spada potencjał kolektora (punkt
C), oczywiście rosną spadki na rezystancjacjach kolektora.
W punkcie
b) rysunku P4 mamy zaś układ ze wspólnym kolektorem (wtórnik emiterowy). I teraz tam, gdy rośnie prąd w obwodzie kolektora, to zawsze też rośnie potencjał emietra
Ue (punkt
E), rośnie też spadek napięcia na rezystancjach emiterach.
Dlaczego tak jest jest, że gdy rośnie prąd kolektora to wszystkie potencjały w części emitera rosną (punkty
E oraz
X z rysunku
P4 b ), a w części kolektora maleją (punkty
C oraz
Z rysunku
P4 a)?
Czy mógłbym prosić o wyjąnienie tego ważnego zagadnienia?
2. Dlaczego jest tak, że "
przed" źródłem prądowym potencjały punktów maleją (punkty
Q i
W z rys.
P4 c), a "
za" źródłem prądowym rosną (punkty
R i
T z rys.
P4 c)? Oczywiście to źródło prądowe symuluje źródło prądowe kolektor-emiter BJT.
3. Dlaczego napięcie na źródle prądowym (czyli napięcie
Uce) maleje wraz ze wzrostem prądu tego źródła (tak jak np na rysunkach
P2 i
P3)?
Napięcie na źródle prądowym (czyli napięcie
Uce na rysunkach
P1,P2,P3,P4) wraz ze wzrostem prądu maleje ponieważ, na skutek wzrastającego prądu w gałęzi rosną spadki napięć na wszystkich pozostałych elementach odbiorczych, a
II Prawo Kirchhoffa musi być zawsze spełnione. Wobec czego, gdy na pozostałych elementach odbiorczych rosną napięcia, a suma wszystkich napięć na odbiornikach musi być równa napięciu źródła zasilania to te wzrosty napięć na pozostałych elementach odbiorczyć odbywają się kosztem napięcia źródle prądowym (czyli zmniejsza się napięcie na źródle prądowym). Przyczym to źródło prądowe też w tym wypadku jest elementem odbiorczym, tyle że oprócz tego dostarcza też prądu, więc jest też i źródłem. Tak, prawidłowo to rumiem?
I właśnie tutaj źródło prądowe jest jednocześnie odbiornikiem i źródłem?
4. Teraz mam pytanie odnośnie rysunku
P3. Z tranzystorem oczywiście wiem, że napięcie Uce nigdy w takiej sytuacji nie stanie się ujemne (tutaj wzrost prądu zatrzymał by się na poziomie maksymalnego prądu kolektora
Ic_max). To wiem. Ale, mi chodzi tutaj o zwykły obwód, pomińmy fakt że źródło prądowe symuluje tutaj tranzystor i potraktujmy to jak zwykły obwód z ze źródłem prądowym.
I teraz tak. W zwykłym obwodzie, gdyby założyć że źródło prądowe idealne istnieje w rzeczywistości to wg mnie napięcie na tym źródle chyba nie stało by się nigdy ujemne (w przeciwieństwie do tego co pokazuje symulator). Ja rozumiem, że tutaj spadki napięć na elementach są tak duże, że aby suma napięć na wszystkich elementach odbiorczy (wliczając do nch źródło prądowe) była równa napięciu źródła zasilania (Uzas), to źródło prądowe musiało radykalnie obniżyć swoje napięcie (tutaj do ujemnego). Ale, w rzeczywistości do czegoś takiego nigdy by niedoszło (do czegoś takiego, czyli do pojawienia się napięcia ujemnego na elemencie, czy na źródle)? Tak? To jest nie możliwe? Na źródle prądowym nie może być ujemnego napięci w rzeczywistości?
5. Dlaczego tranzystor się nasyca?
Chodzi oto, że musi zostać spełnione
II Prawo Kirchhoffa (
suma spadków napięć naodbiornikach musi być równa sumie napięć źródłowych/zasilających). Czyli np. gdy mamy układ z tranzystorem o
Hfe=100, Rc=1kΩ i napięciu zasilania kolektora
Vcc=10V. To gdy
Ib=90uA to
Ic=9mA,
Urc=9V i
Uce=1V. Czyli spełnione jest równanie
Vcc = Urc+Uce. Ale, gdy Ib wyniesie
110uA, to Ic będzie równe
11mA, więc wtedy
Urc będzie równe
11V. To wtedy aby spełnić równanie
Vcc = Urc+Uce, napięcie kolektor-emiter (
Uce) musiało by się stać ujemne [musiało by być
10=11+(-1), a więc
Uce musiało by wynieść
(-1) V]. A to jest niemożliwe. A skoro nie można przekroczyć napięcia zasilania (
10V), to oznacza, że maksymalny prąd kolektora (
Ic) jaki będzie płynął przy
Ib=110uA bedzie zależał od napięcia zasilania obwodu kolektor emiter
Vcc, napięcia nasycenia
Uce_sat i rezystancji kolektora
Rc. Skoro musi zostać spełnione
II Prawo Kirchhoffa to tranzystor chcąc przepuścić jak największy prąd kolektora będzie musiał obniżyć Uce do pewnej granicy (do
Uce_sat) poniżej, której nie może już zejść (nie może bardziej obniżyć
Uce) bo Uce musiało by się stać ujemne (aby
II Prawo Kirchhoffa było spełnione), a osiągnięcie ujemnego napięcia na elemencie (ujemnego spadku napięcia na elemencie) przy zasilania dodatnim napięciem jest nie możliwe.
Czy oto chodzi? Takie jest prawidłowe wyjaśnienie tego zagadnienia?
6. Ja jeszcze na chwilę chciałbym wrócić do pewnej kwestii z układu:
Ja w swojej analizie tego nie napisałem, ale chciałbym prosić o potwierdzenie
mi jednej małej kwestii (chciałbym coś doprecyzować).
1. Moja analiza (uproszczona) tego układu jest następująca:
Zakładam, że napięcie wejściowe (Uwe) do układu doprowadzamy poprzez dołączenie źródła sygnału wejściowego równolegle do rezystora R2.
Gdy rośnie napięcie wejściowe (Uwe), to wzrasta też prąd bazy Q1 (Ib1), w efekcie czego wzrasta również prąd kolektora Q1 (Ic1). Wzrastający Ic1 wywołuje wzrost spadku napięcia na Rc1 i zmniejszanie się napięcia Uce1 (napięcia kolektora , zmniejsza się napięcie Uc1). W efekcie wzrostu prądu Ic1 rośnie też Ie1 (prąd emitera Q1), a to powoduje wzrost Ue1 (wzrost napięcia emitera) i zwiększanie się spadków napięcia na Re11 i Re1.
Zmniejszające się napięcie Uc1 (czyli Uce1) powoduje zmniejszenie się napięcia na na R4, a co za tym idzie zmniejsza się sumaryczny spadek napięcia w gałęzi ze złączem baza-emiter Q2 (zmniejsza się Ube2), Re12 i Re2 (czyli spadają napięcia Ube2, Ure12 i Ure2). Zmniejszające się napięcie baza-emiter Q2 przekłada się na zmniejszanie się prądu bazy Q2 (zmniejsza się Ib2). Mniejszy Ib2 pociąga za sobą zmniejszenie się Ic2 i wzrost Uce2 (wzrost napięcia kolektor-emiter Q2), a to powoduje mniejszy prąd w obwodzie emitera Q2 i w efekcie mniejsze spadki na Re12 i Re2 oraz mniejsze napięcie emitera Q2 (czyli mniejsze Ue2).
Mniejsze napięcie emitera Q2 (mniejsze Ue2) prowadzi do mniejszego spadku napięcia na Rfb, a to prowadzi do mniejszego prądu przepływającego przez rezystor Rfb. Mniejszy prąd w gałęzi z rezystorem Rfb, oznacza, że mniejszy prąd z tej gałęzi wpłynie do węzła (węzeł przy emiterze Q1, do którego dołączony jest Rfb)) w obwodzie emitera Q1. Oznacza to, że mniejszy prąd będzie płynął przez Re11 i Re1, a to przełoży się na mniejsze spadki na Re11 i Re1. Mniejsze spadki na tych rezystorach oznaczają większe Ube1, a to przekłada się na większy prąd bazy Q1 (wzrost Ib1).
Czyli mamy doczynienia z dodatnim sprzężeniem zwrotnym.
Spadł potencjał punktu
4 (napięcie emitera
Q2, czyli zmniejszyło się napięci
Ue2),a w tym czasie potencjał punktu
2 (napięcie emitera
Q1) pozostwało jeszcze bez zmian. I teraz przez rezystor
Rfb popłynął mniejszy prąd ponieważ, spadło napięcie na tym rezystorze. A napięcie na tym rezystorze spadło dlatego, bo spadł potencjał punktu
4 (potencjał punktu
2 się nie zmienił), więc zmiejszyła się różnica potencjałów między zaciskami tego rezystora (czyli napięcie na tym rezystorze). A skoro zmniejszyło się napięcie, to zaczął płynąć przez niego mniejszy prąd.
Czy to jest prawidłowe wyjaśnienie przyczyny zmniejszenia prądu płynącego przez
Rfb?
7. Jakie znaczenie ma sposób sterowania układu (tzn. czy układ jest sterowny prądowo, czy napięciowo) i o co wtym chodzi? Pytam, bo w tym materiale z
AGH o sprzężeniach (adres:
http://home.agh.edu.pl/~maziarz/LabPE/sprzezenie.html#2), tam jest mowa, że np. układ ze sprzężeniem napięciowo-szeregowym powinien być sterowany napięciowo, itd. O co w tym chodzi i dlaczego tak? Jakie ma to znaczenie?
8. I poniekąd związane z poprzednim pytaniem - co powinno być przedewszystkim sygnałem wejściowym wzmacniacza - prąd czy napięcie (oczywiście wiadmo, że jak do wzmacniacza będzie dostarczany sygnał zmienny to prąd będzie płynął i napięcie też będzie, ale mi chodzi oto co powinno być tym czynnikiem syterującym tym wzmacniaczem)? Bo np. mamy wzmacniacz dźwięku i do niego doprowadzamy sygnał sterujący (jakaś muzyka). To tutaj tym czynnikiem sterującym wzmacniaczem jest prąd tego sygnału, czy napięcie tego sygnału, a może jedno i drugie na raz?
9. Chciałbym się zapytać o pewną kwestię dotyczącą nazewnictwa układów pracy tranzystora. Może nie jest to najważniejsza sprawa, ale może warto ją raz wyjąsnić. Otóż chodzi mi o skróty
OB, OC, OE.
W polskiej literaturze elektronicznej można spotkać często spotkać oznaczanie np. układu wspólnego emitera jako układ
OE, czy tam wspólnego kolektora jako układ
OC. Takie oznaczania są też wykorzystane w cyklu artykułów "
Tranzystory dla początkujących" P. Gróreckiego. I nie było by żadnego problemu, gdyby np. na anglojęzycznych stronach www nie stosowano oznaczeń tj.
CC dla układu wspólnego kolektora (
CC - ang. common collector), czy
OB - wspólna baza (
OB - ang. common base). Ja też gdzieś w internecie widziałem, że ktoś kiedyś napisał, że np. akronim OC miałby oznaczać otwarty kolektor (ang. open collector).
To jak to w końcu jest ze znaczeniem tych skrótów
OE,OC,OB?
Co one w rzeczywistości oznaczają?
10. Co to jest otwarty kolektor w układach tranzystorowych?
Czy chodzi oto, że otwarty kolektor jest to wypuszczony przewód od kolektora na wyjście układu bez polaryzowania kolektora? Czyli kolektor tranzystora jest zasilany dopiero po dołączeniu odbiornika (i jest zasilany poprzez ten odbiornik). Coś takiego? Czy mógłbym prosić o dokładniejsze wyjaśnienie mi tego? Do czego to się stosuje/używa?
