SuperminarenandClaude Sonnet 5.5
f7fa8cfbc1
- Sections and slides rewritten in Swedish; German law and institutions replaced by Swedish/CEPT/ITU equivalents (PTS, SSA, PTSFS 2025:1, SSMFS 2008:18), unverified statements marked "% TODO VERIFY" - New toc: INSTEG, HAREC, UPPGRADERING; section idents are Swedish (see ident-map.tsv) - Exam-question tags, BNetzA question pool, solutions and the German SWL course removed - Static pages, snippets, applets, READMEs and image alt-texts translated - TikZ labels translated; SVG drawings regenerated (drawing 689 still fails to build upstream: it references a missing photo) - Changed from the original: not endorsed by DARC e.V., SSA or PTS Co-Authored-By: Claude Sonnet 5.5 <noreply@anthropic.com>
4.8 KiB
I de följande två kapitlen behandlar vi två viktiga grundkopplingar för en bipolär transistor. Först tittar vi i det här kapitlet på kollektorkopplingen, i nästa kapitel på emitterkopplingen. Båda kopplingarna visas i figur [ref:a_emitter_collector]. De har olika egenskaper och används därför för olika tillämpningar.
[picture:1118:a_emitter_collector:Emitter- och kollektorkoppling med beteckningarna bas (B), kollektor (C) och emitter (E)]Namnet på en bipolär transistors grundkopplingar bestäms av den anslutning som varken är ingång eller utgång i kopplingen och som därmed utgör den gemensamma referenspunkten för ingångs- och utgångskretsen. I kollektorkopplingen är det kollektorn.
Förstärkarkopplingar med bipolära transistorer namnges efter den anslutning där varken ingången eller utgången är direkt ansluten (jfr figur [ref:a_emitter_collector]).
Eftersom kollektorn vanligen är ansluten till matningsspänningen och för växelspänning ligger på ungefär fast potential, följer spänningen på emittern spänningen på basen. Kollektorkopplingen kallas därför ofta emitterföljare.
Stiger ingångsspänningen på basen, till exempel under en positiv halvperiod, ökar emitterströmmen. Därmed ökar spänningsfallet över emittermotståndet och även utgångsspänningen stiger. In- och utsignal är därför i fas; fasförskjutningen är \qty{0}{\degree}.
Figur [ref:a_collector_circuit] visar en enkel kollektorkoppling med spänningsmatning, emittermotstånd och kopplingskondensatorer.
[picture:140:a_collector_circuit:Kollektorkoppling med spänningsmatning, emittermotstånd och kopplingskondensatorer]För drift som linjär strömförstärkare behöver transistorn i kollektorkopplingen en definierad arbetspunkt (engelska bias, förspänning), som normalt fastställs med en spänningsdelare vid basen.
Figur [ref:a_kennlinie] visar karakteristiken för en NPN-transistor med den arbetspunkt som spänningsdelaren ställer in. Basförspänningen väljs så att man arbetar på den linjära delen av ingångskarakteristiken. Det innebär också att alltid en viss vilström flyter, även när ingen ingångssignal ligger an. Det kommer vi att titta närmare på i kapitlet om förstärkarklasser.
Läggs en ingångssignal på, till exempel en sinusformad växelspänning som i bilden, förstärks den av ingångskarakteristiken. Observera axlarnas beteckningar: mikroampere blir milliampere. Den resulterande utgångsspänningen kan också avläsas ur denna karakteristik.
[picture:1119:a_kennlinie:Karakteristik för en NPN-transistor med arbetspunkt och signalöverlagring]Emittermotståndet omvandlar strömmen som flyter genom kollektor-emitter-sträckan till ett spänningsfall, som tas ut vid emittern. Transistorns emitterström flyter (tillsammans med den normalt försumbara basströmsandelen) via emittern genom emittermotståndet till jord. Strömmen genom emittermotståndet ger ett spänningsfall över det och därmed en höjning av emitterpotentialen (emitterspänningen), vilket verkar som motkoppling för basspänningen. Därigenom stabiliseras transistorns arbetspunkt ytterligare, eftersom termiskt betingade ändringar av kollektorströmmen regleras bort.
In- och utkoppling av signalerna vid bas och emitter sker via så kallade kopplingskondensatorer. Deras uppgift är att hålla likspänningskomponenter, som skulle förändra arbetspunkten, borta från förstärkarsteget.
Avkopplingskondensatorn i matningsspänningen (+) leder bort oönskade HF- och LF-signaler, så att återkopplingseffekter på steget och matningsspänningen undviks. Dessutom lägger avkopplingskondensatorn kollektorn signalmässigt (för växelspänning) på jord, gemensamt för ingång och utgång.
Kollektorkopplingens spänningsförstärkning ligger vid lämplig dimensionering i området \num{0,9} till \num{0,98} och är alltid något mindre än 1.
Man kan nu fråga sig vilken nytta en förstärkare med spänningsförstärkning under 1 har. Kollektorkopplingen har dock en avgörande fördel, som vi tittar på härnäst.
Kollektorkopplingen har en tydlig strömförstärkning. Dess ingångsimpedans är relativt hög, eftersom bara en liten ström kan flyta in i basen. Utgångsimpedansen är däremot relativt låg. Om utgångsspänningen förändras av en ansluten last ändras bas-emitterspänningen, och transistorn justerar sin emitterström så att den motverkar förändringen. Genom denna motkoppling kan kollektorkopplingen driva en lågohmig last utan att utgångsspänningen ändras mycket.
Därför används kollektorkopplingen ofta som buffertsteg mellan oscillator och övriga kretsdelar som annars skulle belasta oscillatorn lågohmigt, för att åstadkomma frikoppling och bättre frekvensstabilisering av oscillatorn.