Divizorul de fază este un alt tip de configurație de tranzistor cu joncțiune bipolar (BJT), în care un singur semnal sinusoidal de intrare este împărțit în două ieșiri separate, care diferă în fază una de cealaltă cu 180 de grade electrice.

Semnalul de intrare al unui divizor de fază cu tranzistor este aplicat terminalului Bază, cu un semnal de ieșire preluat de la terminalul Colector și al doilea semnal de ieșire luat de la terminalul Emitor. Astfel divizorul de fază cu tranzistor este un amplificator de ieșire dual care produce ieșiri complementare la terminalele sale Colector și Emitor, care sunt defazate cu 180^o.

Un circuit divizor de fază cu un singur tranzistor nu este nimic nou, deoarece am văzut blocurile sale de bază în tutorialele anterioare. Divizorul de fază, circuit inversor de fază combină caracteristicile unui amplificator cu emitor comun cu cele ale unui amplificator cu colector comun. Ca și în cazul circuitelor cu amplificator CE și amplificator CC, circuitul de divizare de fază este polarizat direct pentru a funcționa ca un amplificator liniar de clasă A pentru a reduce distorsiunea semnalului de ieșire.

Dar mai întâi haideți să reîmprospătați cunoștințele despre configurațiile circuitului amplificator cu emitor comun (CE) și amplificator cu colector comun (CC).

Amplificator cu emitor comun

Semnalul de intrare este aplicat pe terminalul bază, iar semnalul de ieșire este preluat de pe rezistorul de sarcină, RL conectat între colector și șina de alimentare pozitivă, VCC, așa cum se arată. Astfel, emitorul este comun circuitelor de intrare și de ieșire.

Pe lângă faptul că oferă o amplificare a tensiunii determinată de raportul: RL/RE, caracteristica principală a configurației emitor comun (CE) este aceea că este un amplificator inversor care produce o inversare de fază de 180^o între semnalele de intrare și de ieșire.

Pentru a funcționa ca un amplificator de clasă-A, circuitul este polarizat astfel încât curentul staționar introdus în bază, IB poziționează tensiunea terminalului colector la aproximativ jumătate din valoarea tensiunii de alimentare. Raportul dintre rezistențele R1 și R2 este ales astfel încât tranzistorul să fie corect polarizat furnizând semnal de ieșire maxim nedistorsionat.

Amplificator cu colector comun

Întrucât semnalul de ieșire este preluat de pe rezistorul de emitor RE nu este utilizat niciun rezistor de colector, astfel încât terminalul colector este conectată direct la șina de alimentare, VCC. Acest tip de configurare a amplificatorului este, de asemenea, cunoscut ca repetor de tensiune sau mai frecvent un repetor pe emitor, deoarece semnalul de ieșire repetă semnalul de intrare.

Principala caracteristică a configurației Common Collector (CC) este aceea că este un amplificator neinversor, deoarece semnalul de intrare trece direct prin joncțiunea bază-emitor către ieșire. Prin urmare, ieșirea este „în fază” cu intrarea. Datorită acestui fapt, acesta are un câștig de tensiune puțin mai mic decât unu (unitate).

Ca și în cazul configurației anterioare cu emitor comun, tranzistorul amplificatorului cu colector comun este polarizat folosind o rețea de divizare a tensiunii la jumătate din tensiunea de alimentare pentru a da o bună stabilizare pentru condițiile sale de funcționare în curent continuu.

Configurația divizorului de fază

Dacă combinăm configurația amplificatorului cu emitor comun cu cea a amplificatorului cu colector comun și luăm ieșirile de la ambele terminale emitor și colector, putem crea un circuit cu tranzistor care produce două semnale de ieșire care sunt egale ca mărime, dar inversate unul față de celălalt.

Divizorul de fază utilizează un singur tranzistor pentru a produce ieșire inversoare și ne-inversoare, ca în figură.

Divizorul de fază folosind un tranzistor NPN

Am spus anterior că câștigul de tensiune al amplificatorului cu emitor comun este raportul dintre RL și RE, adică -RL/RE (semnul minus indică un amplificator inversor). Dacă aceste două rezistoare ar fie egale ca valoare (RL = RE), atunci câștigul de tensiune al etajului cu emitor comun ar fi egal cu -1 sau unitate.

Deoarece circuitul amplificatorului cu colector comun, repetor pe emitor are în mod natural un câștig de tensiune ne-inversor de aproape unitate (+1), cele două semnale de ieșire, unul de la colector și unul de la emitor, vor fi egale în amplitudine, dar 180^o defazate. Acest lucru face ca circuitul divizor de fază cu tranzistor de câștig unitate foarte util pentru a furniza intrări complementare sau în anti-fază la un alt etaj de amplificare, cum ar fi un amplificator de putere push-pull de clasă B.

Pentru o funcționare corectă, rețeaua de divizare a tensiunii conectată pe șina de alimentare și la masă trebuie să fie aleasă pentru a produce stabilizarea corectă a condițiilor de curent continuu pentru excursia tensiunii de ieșire de la ambele terminale colector și emitor producând ieșiri simetrice.

Exemplul nr. 1 de divizare de fază

Pentru a comanda un etaj amplificator de putere push-pull este necesar un circuit divizor de fază cu un singur tranzistor. Proiectați un circuit adecvat dacă tensiunea de alimentare este de 9 volți, valoarea Beta a tranzistorului NPN 2N3904 utilizat este de 100, iar curentul staționar este de 1mA și semnalul de intrare are o amplitudine de vârf 1V.

Pentru a preveni distorsionarea semnalului de ieșire la terminalului emitor, tensiunea de polarizare DC a terminalului emitor trebuie să fie mai mare decât valoarea maximă a semnalului de intrare, în acest caz vârful de 1 volt. Dacă setăm tensiunea staționară DC a terminalului emitor la valoarea dublă a valorii de intrare pentru a asigura o excursie a ieșirii fără distorsiuni, VE va fi egală cu 2 volți.

Deoarece VE este setată la 2 volți, iar curentul de emitor, care este și curentul staționar de colector, care trece prin el este dat ca 1mA, valoarea rezistenței de emitori, RE este calculată ca:

Pentru câștigul în tensiune al părții emitor comun a circuitului divizor de fază egal cu -1 (unitate), rezistența de sarcină în colector RL trebuie să fie egală cu RE. Adică RL = RE = 2kΩ. Astfel, tensiunea căzută pe rezistența de sarcină din colector este calculată astfel:

Aplicând legea tensiunilor a lui Kirchhoff, VCC - VC - VCE - VE = 0. Astfel, 9 - 2 - 5 - 2 = 0. Ne-am aștepta să vedem asta, deoarece RL = RE și curentul care curge prin ambele rezistoare are aproximativ aceeași valoare, astfel încât căderea de tensiune I*R pe fiecare rezistor ar fi, prin urmare, aceeași la 2,0 volți.

Acest lucru înseamnă atunci că tensiunea de polarizare DC pentru ieșirea neinversoare (terminalul emitor) este de 2,0 volți (0 + 2), iar tensiunea de polarizare DC pentru ieșirea inversoare (terminalul colector) este de 7,0 volți (9-2). Cu alte cuvinte, tensiunile de ieșire staționare DC ale celor două ieșiri sunt la valori diferite.

Câștigul de curent DC, al transistorului, Beta este dat ca fiind 100. Deoarece pentru un amplificator cu emitor comun, Beta este raportul dintre curentul de colector și curentul de bază, adică; β = IC/IB, valoarea curentului de polarizare a bazei necesar este calculată ca:

Atunci, pentru un câștig de curent DC de 100, curentul de bază staționar IB(Q) este dat ca 10 μA. Este o practică obișnuită ca valoarea curentului staționar care curge prin rezistorul de la bază la masă a rețelei divizor de tensiune să fie de zece ori (x10) mai mare decât curentul de bază. Astfel, curentul prin R2 va fi 10*IB= 10*10μA = 100 μA.

Tensiunea bazei, VB este egală cu tensiunea de emitor VE plus căderea de tensiune directă de 0,7 volți a joncțiunii-pn bază-emitor, adică 2,0 + 0,7 = 2,7 volți. Prin urmare, valoarea lui R2 se calculează astfel:

Deoarece există 100μA curgând prin R2 și 10μA curgând în terminalul bază al tranzistorului, trebuie să urmeze, prin urmare, că există 110 μA (100μA + 10μA) curgând prin rezistorul de sus, R1 al rețelei divizor de tensiune. Dacă tensiunea de alimentare este de 9 volți și tensiunea de bază a tranzistorului este de 2,7 volți, valoarea rezistorului R1 se calculează astfel:

Astfel, rețeaua de divizare a tensiunii utilizată pentru polarizarea continuă a circuitului de divizare este formată din R1 = 57,3 kΩ și R2 = 27 kΩ.

Unirea valorilor calculate de mai sus ne oferă circuitul de divizare de fază cu un singur tranzistor:

Întrucât un circuit divizor de fază cu un singur tranzistor produce două versiuni de ieșire ale semnalului de intrare, o versiune neinversată identică în fază cu semnalul de intrare și o versiune inversată în fază de 180^o a semnalului de intrare cu ambele ieșiri având o amplitudine similară. Acest lucru ar face circuitul de divizare de fază ideal pentru utilizare în comanda ieșirilor configurate push-pull sau totem-pole pentru amplificare sau control motor DC.

Considerați circuitul de mai jos.

Etaj de ieșire push-pull

Deoarece ieșirile complementare sunt preluate de la colectorul și emitorul tranzistorului, atunci când tranzistorul superior Q2 este polarizat direct și conduce pe alternanța negativă (datorită inversării), tranzistorul inferior Q3 este OFF, deci alternanța negativă a formei de undă este trecută la rezistorul de sarcină, RL.

Pe alternanța pozitivă a formei de undă de intrare, tranzistorul de jos Q3 este polarizat direct și conduce, în timp ce tranzistorul de sus, Q2 este OFF, astfel încât alternanța pozitivă a formei de undă este trecută la rezistorul de sarcină, RL.

Astfel, în orice moment, doar unul dintre tranzistoarele de ieșire, Q2 sau Q3 este polarizat direct și conduce o jumătate din forma de undă de intrare. Deoarece cele două tranzistoare de ieșire se schimbă de la unul la altul, ambele jumătăți ale semnalului de intrare se combină pentru a produce o formă de undă de ieșire inversată pe RL care are o tensiune de polarizare DC centrată în jurul diferenței dintre VC și VE. Rezistorul R5 este utilizat pentru a limita debitul de curent.

Rezumatul divizorului de fază cu tranzistor

Am văzut aici în acest tutorial că prin combinarea unui circuit cu emitor comun cu un circuit cu colector comun, putem crea un alt tip de circuit cu un singur tranzistor, care nu este într-adevăr un amplificator CE și nici un amplificator CC, ci în schimb un circuit de divizare a fazei care produce două tensiuni de aceeași amplitudine, dar de fază opusă.

Uneori este necesar să existe două semnale care sunt amândouă egale în amplitudine, dar care sunt defazate cu 180^o între ele și există moduri diferite de a crea un circuit de divizare de fază de ieșire dublă, incluzând utilizarea de amplificatoare diferențiale și amplificatoare operaționale. Însă configurația circuitului de divizare a fazei cu un singur tranzistor este cea mai ușoară de construit și înțeles.

Circuitul de divizare de fază cu un tranzistor este polarizat pentru a funcționa ca amplificator de clasă-A cu cele două ieșiri complementare (inversată și neinversată) preluate de la terminalele colector și respectiv emitor ale tranzistorului. Pentru a funcționa corect câștigul fiecărei ieșiri trebuie setat la 1, câștig unitate.

Circuitele de divizare a fazei cu un singur tranzistor sunt utile pentru comanda amplificatoarelor push-pull clasă-B, transformatorul cu priză centrală pentru invertoare sau ieșiri push-pull pentru controlul motorului, deoarece atunci când un tranzistor este ON, celălalt tranzistor este OFF.