Výhody triodových tranzistorů v zesilovacích obvodech

Základní princip práce
Tranzistory, známé také jako tranzistory, se dělí hlavně na dva typy: NPN a PNP. Skládají se ze tří oblastí: emitor (E), báze (B) a kolektor (C). Použitím různých napětí mezi těmito třemi oblastmi může tranzistor dosáhnout funkcí, jako je zesílení signálu, přepínání a oscilace.

Základní struktura
Typ NPN:složený ze dvou polovodičů typu N a jednoho polovodiče typu P, přičemž proud teče z emitoru do kolektoru.

Typ PNP:složený ze dvou polovodičů typu P a jednoho polovodiče typu N, přičemž proud teče z kolektoru do emitoru.

pracovní podmínky
Stav zesílení:Přechod báze emitoru je předpjatý dopředu a přechod báze kolektoru je předpětí obrácený. V tomto okamžiku tranzistor pracuje v oblasti zesílení.

Stav nasycení:Jak přechod báze emitor, tak přechod báze kolektoru jsou předpjaté a tranzistor je plně vodivý.

Stav odříznutí:Jak přechod báze emitor, tak přechod báze kolektoru jsou obráceně předpětí a tranzistor je zcela odříznut.

Hlavní výhody v zesilovacích obvodech
Tranzistory mají řadu významných výhod v zesilovacích obvodech, které vedly k jejich širokému použití v různých elektronických zařízeních.

Vysoký zisk
Proudové zesílení (hodnota) tranzistoru je obvykle vysoké, což může dosáhnout výrazného zesílení signálu. Typické beta hodnoty tranzistorů NPN a PNP jsou mezi 100 a 300, což znamená, že malé změny vstupního proudu mohou způsobit výrazné zesílení proudu na výstupu.

Vysoká vstupní impedance a nízká výstupní impedance
Vysoká vstupní impedance snižuje její dopad na zátěž předního obvodu, zatímco nízká výstupní impedance je výhodná pro řízení zadního obvodu. Díky této vlastnosti je tranzistor velmi vhodný pro obvody zesilování a přizpůsobování signálu.

Dobrá linearita
Při práci v oblasti zesílení se výstupní charakteristika tranzistoru blíží lineární, což pomáhá zachovat původní průběh signálu a snížit zkreslení. To je zvláště důležité pro zpracování signálu ve vysoce věrných audio zesilovačích a přesných měřicích přístrojích.

Široká frekvenční odezva
Má široký rozsah frekvenční odezvy a dokáže zesílit různé signály od stejnosměrného až po vysokofrekvenční. Moderní vysokofrekvenční tranzistory mohou dokonce pracovat ve frekvenčním pásmu GHz, díky čemuž jsou široce používány v bezdrátové komunikaci a obvodech RF.

Dobrá stabilita
Stabilní pracovní vlastnosti a dobrá adaptabilita na změny teploty a napětí. Návrhem vhodných obvodů předpětí lze dále zlepšit stabilitu a spolehlivost tranzistorových zesilovacích obvodů.

Příklady aplikací zesilovacích obvodů
V praktických aplikacích existují různé formy tranzistorových zesilovacích obvodů a níže jsou některé běžné příklady použití:

Obvod zesilovače společného emitoru
Obvod zesilovače se společným emitorem je jedním z nejběžnějších obvodů tranzistorového zesilovače. Vstupní signál je přiveden z báze, výstupní signál je vyveden z kolektoru a emitor je uzemněn. Tento obvod má vysoké napěťové zesílení a velkou vstupní impedanci, takže je vhodný pro obecné zesílení signálu.

Obvod zesilovače společné báze
Ve společném základním obvodu zesilovače je vstupní signál přiveden z emitoru, výstupní signál je vyveden z kolektoru a základna je uzemněna. Tento obvod má nízkou vstupní impedanci a vysokou výstupní impedanci, široký rozsah frekvenční odezvy a je vhodný pro zesílení vysokofrekvenčního signálu.

Kolektivní zesilovací obvod
Soustředěný obvod zesilovače je také známý jako emitorový sledovač. Vstupní signál je přiveden z báze, výstupní signál je vyveden z emitoru a kolektor je připojen k napájení. Tento obvod má charakteristiky napěťového zesílení 1, vysoké vstupní impedance a nízké výstupní impedance a běžně se používá pro vyrovnávací paměť signálu a přizpůsobení impedance.

Obvod diferenciálního zesílení
Diferenciální zesilovací obvod se skládá ze dvou stejných tranzistorů, které dokážou zesílit rozdíl mezi dvěma vstupními signály a zároveň potlačit společný šum. Tento obvod má dobrý poměr odmítnutí společného režimu a vysokou vstupní impedanci a je široce používán v operačních zesilovačích a vysoce přesných měřicích obvodech.

Budoucí směr vývoje
S neustálým pokrokem v elektronické technologii se také neustále inovují a vyvíjejí tranzistorové zesilovací obvody. Budoucí směry výzkumu a aplikací zahrnují především následující aspekty:

Nové materiály a nové postupy
S rozvojem vědy o polovodičových materiálech aplikace nových materiálů, jako jsou uhlíkové nanotrubice a grafen, dále zvýší výkon tranzistorů. Díky novému výrobnímu procesu bude velikost tranzistoru menší, rychlejší a bude mít nižší spotřebu energie.

Integrace a miniaturizace
Moderní elektronická zařízení mají stále vyšší požadavky na velikost a spotřebu energie. Integrované a miniaturizované tranzistorové zesilovací obvody budou široce používány ve vestavěných systémech, nositelných zařízeních a mobilních terminálech.

Vysokofrekvenční a ultravysokofrekvenční aplikace
S rozvojem 5G a technologie milimetrových vln bude poptávka po vysokofrekvenčních a ultravysokofrekvenčních tranzistorech nadále růst. Vysokofrekvenční tranzistorové zesilovací obvody budou aplikovány v oblastech, jako je bezdrátová komunikace, radar a satelitní komunikace.

Nízká spotřeba energie a vysoká účinnost
V souvislosti se vzrůstajícím nedostatkem energie se středem výzkumu stanou nízkovýkonové a vysoce účinné tranzistorové zesilovací obvody. Optimalizací návrhu obvodu a výběru materiálu lze dále snížit spotřebu energie, zlepšit účinnost a dosáhnout zelené elektronické technologie.

 

https://www.trrsemicon.com/transistor/small-signal-transistor/bav99-sot-23.html