Art Hogrefe
EDN
Выпрямители с небольшим напряжением смещения необходимы во многих приложениях, таких, например, как детекторы уровня и демодуляторы АМ сигналов. Падение напряжения на кремниевых диодах равно примерно 0.6 В, поэтому в схемах с низкими уровнями сигналов они работают плохо. Чуть лучше диоды Шоттки, имеющие прямые напряжения порядка 0.4 В. Пока еще имеется возможность достать несколько типов германиевых диодов, однако диапазон их рабочих температур намного уже, чем у кремниевых приборов. Кроме того, германиевый диод вы не сможете сделать элементом интегральной схемы. Намного более совершенную схему для решения этих задач можно создать на основе биполярного транзистора.
На Рисунке 1 изображена схема фиксатора на биполярном транзисторе в инверсном включении и его типичная передаточная функция. Коллектор можно подключать к земле или к опорному напряжению с любым другим требуемым уровнем. Ток базы постоянен. В отсутствие внешнего управляющего напряжения напряжение эмиттера приблизительно равно нулю. Меняя внешнее напряжение на эмиттере, мы получим передаточную функцию, показанную на Рисунке 1.
|
|||||
| Рисунок 1. | Благодаря большому отношению прямого и инверсного коэффициентов передачи тока, фиксатор на биполярном транзисторе 2N3904 в инверсном включении (а) имеет отличные выпрямительные характеристики (б). |
||||
При использовании транзистора с большим отношением прямого (b) и инверсного коэффициентов передачи тока схема имеет отличные выпрямительные характеристики. Таких транзисторов существует очень много. Прекрасно подойдет для подобных целей недорогой прибор 2N3904. Инверсный коэффициент передачи тока 2N3904 равен всего 0.25, так что при положительном напряжении на эмиттере и токе базы 40 мкА эмиттерный ток будет равен примерно 10 мкА. Этого тока достаточно для большинства детекторов уровня, в которых амплитуда входного переменного сигнала изменяется с невысокой скоростью.
Даже при небольших отрицательных напряжениях ток эмиттера намного больше, чем в инверсной области, поскольку величина b транзистора 2N3904 превышает 100. Импеданс остается низким до появления прямого тока, ограниченного значением b, после чего увеличивается до значения равного приблизительно R1/b. На Рисунке 2 показаны зависимости от напряжения прямого тока эмиттера транзистора 2N3904 и прямого тока точечного германиевого диода 1N34. Логарифмическая шкала тока демонстрирует впечатляющую реакцию транзистора 2N3904 на малые напряжения.
 |
|
| Рисунок 2. | Изображенная в логарифмическом масштабе зависимость прямых токов транзистора 2N3904 и диода 1N34 от напряжения демонстрирует впечатляющее преимущество транзистора 2N3904 при малых напряжениях. |
На Рисунке 3 сравниваются детекторы уровня на основе транзисторного и диодного фиксаторов. Транзисторная схема здесь в основном аналогична схеме демодулятора на Рисунке 4, за исключением базового тока, который равен 40 мкА. В диодной схеме анод 1N34 подключен к земле, а катод соединен с входным конденсатором вместо эмиттера транзистора. Из Рисунка 3 видно, что отклики двух схем на входной сигнал очень похожи, а смещение 2N3904 несколько меньше, как и следовало ожидать в соответствии с Рисунком 2. Выходной сигнал может использоваться измерителем уровня или последующими электронными цепями автоматической регулировки уровня или усиления.
 |
|
| Рисунок 3. | При использовании в качестве демодуляторов обе схемы имеют очень похожие отклики на входные сигналы. |
На передаточной функции (Рисунок 1) виден резкий скачок инверсного тока при напряжении около 7.6 В, возникающий при подаче обратного пробивного напряжения на переход база-эмиттер. Здесь вам известно, что напряжение базы равно приблизительно 0.6 В, откуда можно заключить, что порог пробивного напряжения исследуемого транзистора находится вблизи 7 В. В схемах, предназначенных для массового производства, входной сигнал необходимо ограничить уровнем 6.6 В пик-пик, поскольку минимальное пробивное напряжение, приводимое в технической документации, равно 6 В. Заметим, что при небольших объемах производства, скажем, при выпуске измерительного оборудования, имеет смысл для каждой схемы подбирать индивидуальные транзисторы, что позволит слегка увеличить динамический диапазон. Впрочем, динамического диапазона 6 В пик-пик вполне достаточно для многих приложений.
 |
|
| Рисунок 4. | Для слежения за огибающей высокочастотного сигнала при использовании фиксатора в качестве демодулятора АМ сигнала ток базы транзистора должен быть не менее 300 мкА. |
Ток базы транзистора в изображенном на Рисунке 4 демодуляторе радиочастотных сигналов равен 300 мкА. Этот ток, необходимый для слежения за огибающей высокочастотного сигнала, зависит от емкости входного конденсатора, частоты модуляции и максимальной амплитуды сигнала. Обратный ток, равный произведению базового тока на инверсный коэффициент передачи тока, должен быть достаточно большим, чтобы разряжать входной конденсатор при максимальной частоте и амплитуде модулирующего сигнала, не допуская искажений его формы. Работу демодулятора иллюстрирует Рисунок 5, где верхний луч отображает сигнал на эмиттере транзистора, а нижний – на выходе схемы.
 |
|
| Рисунок 5. | Фотография с экрана осциллографа демонстрирует работу демодулятора. Верхний луч отображает сигнал на эмиттере транзистора, а нижний – на выходе схемы. |
Купить 2N3904 на РадиоЛоцман.Цены
