PhDr. Mgr. Jeroným Klimeš, Ph.D. 2024-07-31
V rámci seriálu „Do smrti budu lépe rozumět kolotočům než tranzistorům,“ přináším další díl o tranzistorech, který píši, abych si tu problematiku sám ujasnil.
Začneme mateníkem. Emitorový sledovač není zapojení se společným emitorem. Navíc, protože se kreslí obvykle s bází dolu, tak jsem si myslíval, že je to zapojení se společnou bází, ale ani to není pravda.
Ano, báze tranzistoru je nakreslena směrem dolu, přesto to není zapojení se společnou bází, ale se společným kolektorem, což z tohoto schématu není vidět. Proto jsem si to překreslil tak, aby to bylo vidět alespoň trochu.
Co to znamená „zapojení se společným XY“
Už 20 let žiji se ženou v zapojení se společným jměním manželů a nemohu si stěžovat. Máme tři vývody, co se motají po školách. Tranzistory nacházíme taky v různých zapojeních, které se též označují podle tří vývodů, které z nich lezou - kolektor, báze, emitor.
Je rozšířeným zvykem, že do kdejaké elektrické krabičky dva dráty zalézají a dva dráty vylézají. Čtyři dráty - proto se tomu říká čtyřbran - „čtyři brány“. Ale tranzistor má dráty tři. Co s tím? Tak jeden musíme zdvojit, aby vytvořily čtyřbran. Ten vývod, který zdvojíme mezi vstup a výstup, to je společný pól a podle toho se pak to zapojení jmenuje.
Základní zapojení tranzistorů podle toho, jaký drát je společný pro výstup i vstup
Obvyklá orientace elektrických výkresů je ta, že vlevo je vstup, vpravo výstup. Nahoře je plus a dole nula nebo minus. Takže proud jako by tekl jihovýhodním směrem. Samozřejmě najdeme u pokročilých výkresů mnoho vyjímek, ale touto úvahou vždy začínáme. Například první schéma má na vlevo na vstupu i vpravo na výstupu společnou bázi a předpokládáme, že na horním kolektoru bude zapojen plus pól. To ve složitějších zapojení znamená - že můžete z báze na vstupu přejít po sešeřelém drátu do báze na výstupu, aniž za tu dobu narazíte na jakýkoli odpor.
Tuto větu si opravdu dobře zapamatujte: U zapojení se společným třeba kolektorem musíte být schopni přejít z kolektoru na vstupu do kolektoru na výstupu, aniž narazíte na jakýkoli odpor. Vůbec nezáleží, jak jsou tranzistory všelijak natočeny.
Podívejte se na následující zapojení:
Emitor je sice na výstupu, ale je na něm odporová zátěž (tři odpory, co vypadají jako nákupní tažky), takže se přes ní nedostaneme na vstup. Podle této emitorové zátěže, emitorový sledovač nejčastěji poznáme. To samé okolo báze je odpor a zenerka (Zenerova dioda), takže zase tudy nevede cesta ze vstupu na výstup. Co tedy kolektor? Tam vede cesta přes baterii. Je to problém? Je baterie odpor? Ne naopak. Pokud máme baterii připodobnit k odporu, tak je to „záporný odpor“ - místo aby elektrony brzdila, tak je urychluje. Baterie, ani fotovoltaický panel nekladou proudu odpor. Takže ta se při posuzování zapojení tranzistoru nepočítá. To jsem taky dlouhé dekády svého života nevěděl.
Jak tedy vidíme červenou linku vedoucí přes baterii - od kolektoru na výstupu se suchou nohou dostaneme na kolektor na vstupu, aniž musíme překonávat odpor. Proto emitorový sledovač je zapojení se společným kolektorem.
Co je to Zenerova dioda, a proč vzbuzuje respekt?
Zenerova dioda s odporem R1 vypadá jako úplně omšelý dělič napětí. Když je na Zenerce 6 voltů, tak na odporu R1 musí být taky 6 voltů, dohromady 12 voltů vstupních, a logicky Zenerka musí mít odpor taky 1000 ohm. Až sem nuda. Teď ale přijde to zajímavé.
Kdyby zenerka byla obyčejný odpor a my bychom zvýšili vstupní napětí třeba na 14 voltů, tak obyčejný dělič by toto napětí rozdělil spravedlivým dílem: 7 V hore, 7 V dole. Jenže ne tak Zenerka. Když se zvýší napětí, tak při tomto zapojení (všimněte si, že je zapojena v závěrném směru, tzn. od minus k plus) na ní stále bude stále jen a jen 6 V a na odporu tedy musí být 8 V. Zenerka je tedy jedna z mála záruk stability v tomto pomíjivém světě. Udělá všechno možné - změní vnitřní odpor, změní výkon, a to vše jen proto, aby si mohla podržet svých charakterních 6 voltů.
Proto zenerka je nám zárukou, že v bodě ZD bude vcelku nekompromisně stabilních 6 voltů. Na těchto šesti voltech se zavěsí báze tranzistoru, zejména tedy její přechodová dioda báze-emitor. Ta se otvírá při plus mínus 0,7V a o moc větší napětí na ní být nemůže. Tedy na špičce šipky tohoto tranzistoru vždy naměříme něco méně než 6 voltů zenerky.
Tři odpory pod emitorem jsou velcí svůdníci. Rady by stáhly napětí dolu, ale jakmile se o to pokusí, tak srdce BE diody tranzistoru začne krvácet tak šíleným proudem, že nakonec na emitoru je stále přibližně stále stejné napětí: 6V - 0,7V = 5,3V. Takže emitorový sledovač je dost tvrdý zdroj napětí.
Můžete pomocí něho udělat i z poměrně měkkých a kolísavých zdrojů (fotovoltaiky či polovybitých baterek, nahrubo usměrněného napětí) udělat uspokojivě tvrdý zdroj napětí. Slovo tvrdý znamená, že jeho napětí se při změně zátěže moc nehne.
To ilustrují následující obrázky ze simulátoru. Tři zatěžovací odpory zvíci tří řádů (10 - 10 000 ohmů) nehnou napětím o víc než 0,3 voltu.
Tento díl našeho seriálu tedy uzavřu morálním ponaučením: O Zenerově diodě už nikdy nemluvte škaredě. Její napěťová stálost si to nezaslouží. Emitorový sledovač mějte též v úctě, neb je příkladné, jak je věren své diodě a sleduje ji na každém kroku. Jeho láska k ní nekolísá o více než 0,3 V. Ruku na srdce, kdo z nás může říci totéž o svém manželském životě...
Literatura
https://www.kis.fri.uniza.sk/~ludo/e-Publikacia/elektronika/kap10/odkazhtml/emitorsled.html
Použitý simulator Paula Falstada do kterého musíte načíst tento soubor s emitorovým sledovačem (pozor na kódování je to UTF-8 a ne windowsovská CP1250).