위상 분배기에 대해 아라보자 페이지시프터히히

위상 분배기

위상 분배기 회로는 단일 입력 신호에서 진폭은 동일하지만 위상이 반대인 두 개의 출력 신호를 생성합니다.

위상 분배기는 단일 정현파 입력 신호가 전기적으로 180도 위상이 서로 다른 두 개의 개별 출력으로 분할되는 BJT(바이폴라 접합 트랜지스터) 구성의 또 다른 유형입니다.

트랜지스터 위상 분배기의 입력 신호는 컬렉터 단자에서 가져온 하나의 출력 신호와 이미터 단자에서 가져온 두 번째 출력 신호로 베이스 단자에 적용됩니다. 따라서 트랜지스터 위상 분할기는 180o 위상차가 있는 컬렉터 및 이미터 단자로부터 상보 출력을 생성하는 이중 출력 증폭기입니다 .

단일 트랜지스터 위상 분배기 회로는 이전 튜토리얼에서 기본 빌딩 블록을 보았으므로 새로운 것이 아닙니다. 위상 분배기, 위상 인버터 회로는 공통 이미터 증폭기의 특성과 공통 컬렉터 증폭기의 특성을 결합합니다. CE 증폭기 및 CC 증폭기 회로와 마찬가지로 위상 분할기 회로는 순방향 바이어스되어 선형 클래스 A 증폭기로 작동하여 출력 신호 왜곡을 줄입니다.

하지만 먼저 공통 이미터(CE) 증폭기 회로와 공통 컬렉터(CC) 증폭기 회로 구성에 대한 지식을 다시 살펴보겠습니다.

 

공통 이미터 증폭기

전압 분배기 바이어싱을 사용하는 공통 이미터 회로는 바이어스 및 이해가 쉽기 때문에 가장 널리 사용되는 선형 증폭기 구성입니다.

입력 신호는 베이스 단자에 적용되고 출력 신호는 그림과 같이 컬렉터와 양극 공급 레일 V CC 사이에 연결된 부하 저항 R L 에서 가져옵니다. 따라서 이미터는 입력 회로와 출력 회로 모두에 공통입니다.

CE(Common Emitter) 구성의 주요 특징은 R L /R E 비율에 따라 결정되는 전압 증폭을 제공할 뿐만 아니라 입력 신호와 출력 신호 사이에 180o 의 위상 반전을 생성하는 반전 증폭기라는 점입니다. .

클래스 A 증폭기로 작동하기 위해 회로는 바이어스되어 대기 전류가 베이스에 공급되고 IB는 컬렉터 단자 전압을 공급 전압 값의 약 절반에 배치합니다. 저항기 R1 과 R2 의 비율은 트랜지스터가 올바르게 바이어스되어 왜곡되지 않은 최대 출력 신호를 제공하도록 선택됩니다.

공통 컬렉터 증폭기

공통 컬렉터 증폭기는 공통 컬렉터 구성의 단일 트랜지스터를 사용하며 컬렉터는 입력 및 출력 회로 모두에 공통입니다. 입력 신호는 트랜지스터 베이스 단자에 적용되고 출력은 그림과 같이 이미터 단자에서 가져옵니다.

출력 신호가 이미터 저항기에서 가져오므로 R E 콜렉터 저항기가 사용되지 않으므로 콜렉터 단자가 공급 레일 V CC 에 직접 연결됩니다 . 이러한 유형의 증폭기 구성은 출력 신호가 입력 신호를 따르기 때문에 전압 팔로워 또는 더 일반적으로 이미 터 팔로워 라고도 합니다 .

CC(공통 컬렉터) 구성의 주요 특징은 입력 신호가 베이스-이미터 접합을 통해 직접 출력으로 전달되므로 비반전 증폭기라는 것입니다. 따라서 출력은 입력과 "동위상"입니다. 이로 인해 1(단위)보다 약간 작은 전압 이득을 갖습니다.

이전 공통 이미터 구성과 마찬가지로 공통 컬렉터 증폭기의 트랜지스터는 DC 작동 조건에 대한 우수한 안정성을 제공하기 위해 전압 분배기 네트워크를 사용하여 공급 전압의 절반으로 바이어스됩니다.

위상 분배기 구성

공통 이미터 증폭기의 구성과 공통 콜렉터 증폭기의 구성을 결합하고 컬렉터와 이미터 단자 모두에서 동시에 출력을 취하면 크기가 동일한 두 개의 출력 신호를 생성하는 트랜지스터 회로를 만들 수 있습니다. 하지만 서로에 대해서는 반전되어 있습니다.

위상 분배기는 그림 과 같이 단일 트랜지스터를 사용하여 반전 및 비반전 출력을 생성합니다.

NPN 트랜지스터를 사용한 위상 분배기

우리는 이전에 공통 이미터 증폭기의 전압 이득이 R L 대 R E 의 비율 , 즉 -R L /RE ( 마이너스 기호는 반전 증폭기를 나타냄)라고 말했습니다. 이 두 저항의 값을 동일하게 만들면(R L  = R E ) 공통 이미터 스테이지의 전압 이득은 -1 또는 1과 같습니다.

 

공통 컬렉터인 이미터 팔로워 증폭기 회로는 자연스럽게 거의 1(+1)의 비반전 전압 이득을 가지며, 컬렉터에서 하나와 이미터에서 하나의 두 출력 신호는 진폭이 동일하지만 출력은 180° 입니다 . 위상. 따라서 단위 이득 트랜지스터 위상 분할기 회로는 클래스 B 푸시풀 전력 증폭기와 같은 다른 증폭기 스테이지에 보완 또는 역위상 입력을 제공하는 데 매우 유용합니다.

올바른 작동을 위해서는 공급 레일과 접지에 연결된 전압 분배기 네트워크를 선택하여 대칭 출력을 생성하는 컬렉터 및 이미터 단자 모두의 출력 전압 스윙에 대한 DC 조건을 올바르게 안정화하도록 선택해야 합니다.

위상 분배기 예 No1

푸시풀 전력 증폭기 스테이지를 구동하려면 단일 트랜지스터 위상 분배기 회로가 필요합니다. 공급 전압이 9V, 사용된 NPN 2N3904 트랜지스터의 베타 값이 100, 대기 콜렉터 전류가 1mA이고 입력 신호의 진폭이 1V 피크인 경우 적합한 회로를 설계합니다.

이미터 단자 출력 신호의 왜곡을 방지하려면 이미터 단자의 DC 바이어싱 전압이 입력 신호의 최대값(이 경우 1V 피크)보다 커야 합니다. 왜곡 없는 출력 스윙을 보장하기 위해 DC 대기 이미터 단자 전압을 입력 값의 두 배로 설정하면 VE는 2V 가 됩니다.

VE 를 2V로 설정하고 이를 통해 흐르는 콜렉터 정지 전류이기도 한 이미터 전류가 1mA로 주어지므로 이미터 저항 값 RE는 다음 과 같이 계산됩니다.

위상 분할 회로의 공통 이미터 측 전압 이득이 -1(1)이 되려면 컬렉터 부하 저항 R L 이 R E 와 같아야 합니다 . 즉, R L  = R E  = 2kΩ입니다. 따라서 컬렉터 부하 저항에 걸쳐 떨어지는 전압은 다음과 같이 계산됩니다.

Kirchhoff의 전압 법칙을 적용하면 V CC  – VC –  V CE  – VE = 0입니다. 따라서 9 – 2 – 5 – 2 = 0입니다. R L = R E 및 두 저항을 통해 흐르는 전류  때문에 이를 볼 수 있을 것으로 예상됩니다. 대략 동일한 값이므로 각 저항기의 I*R 전압 강하는 2.0V에서 동일합니다.

이는 비반전 출력(이미터 단자)의 DC 바이어스 전압이 2.0V(0 + 2)이고 반전 출력(컬렉터 단자)의 DC 바이어스 전압이 7.0V(9 – 2)임을 의미합니다. 즉, 두 출력의 DC 대기 출력 전압은 서로 다른 값을 갖습니다.

트랜지스터 DC 전류 이득 베타는 100으로 지정됩니다. 공통 이미터 증폭기의 경우 베타는 베이스 전류에 대한 콜렉터 전류의 비율입니다. β = I C /I B , 필요한 기본 바이어싱 전류 값은 다음과 같이 계산됩니다.

그런 다음 100의 DC 전류 이득에 대해 정지 베이스 전류 I B(Q) 는 10uA로 제공됩니다. 전압 분배기 네트워크의 베이스-접지 저항을 통해 흐르는 정지 전류 값은 베이스 전류보다 10배(x10) 더 큰 것이 일반적입니다. 따라서 R 2를 통해 흐르는 전류는 10*I B = 10*10uA = 100uA 가 됩니다 .

기본 전압 V B는 이미터 전압 VE에 베이스-이미터 pn 접합의 0.7V 순방향 전압 강하를 더한 것과 같습니다 . 즉, 2.0 + 0.7 = 2.7V입니다. 따라서 R 2 값은 다음과 같이 계산됩니다.

R 2를 통해 흐르는 100uA 와 트랜지스터 베이스 단자로 흐르는 10uA가 있으므로 전압 분배기 네트워크의 상단 저항인 R 1 을 통해 흐르는 110uA(100uA + 10uA)가 있어야 합니다. 공급 전압이 9V이고 트랜지스터 기본 전압이 2.7V인 경우. 저항 R1 의 값은 다음과 같이 계산됩니다.

따라서 분배기 회로의 DC 바이어스에 사용되는 전압 분배기 네트워크는 R 1 = 57.3kΩ 및 R 2 = 27kΩ으로 구성됩니다.

위에서 계산된 값을 종합하면 다음과 같은 단일 트랜지스터 위상 분배기 회로가 제공됩니다 .

트랜지스터 위상 분배기 회로

단일 트랜지스터 위상 분배기 회로는 입력 신호의 두 가지 출력 버전, 즉 입력 신호와 위상이 동일한 비반전 버전과 유사한 진폭을 갖는 두 출력을 갖는 입력 신호의 180o 위상 반전 버전을 생성 합니다. 이는 위상 분배기 회로를 증폭 또는 DC 모터 제어를 위한 푸시풀 또는 토템폴 구성 출력을 구동하는 데 사용하는 데 이상적입니다.

아래 회로를 고려하십시오.

토템폴 출력단

상보 출력이 트랜지스터 Q1의 컬렉터와 에미터에서 가져오므로 상부 트랜지스터 Q2가 순방향 바이어스되고 음의 반주기(반전으로 인해)에서 도통할 때 하부 트랜지스터 Q3 은 OFF이므로 음의 트랜지스터 파형의 절반은 부하 저항 R L 로 전달됩니다 .

입력 파형의 양의 반주기에서 하부 트랜지스터 Q3 은 순방향 바이어스되어 전도되는 반면, 상부 트랜지스터 Q2 는 OFF이므로 파형의 양의 절반은 부하 저항 R L 로 전달됩니다 .

따라서 언제든지 출력 트랜지스터 Q2 또는 Q3 중 하나만 충분히 순방향 바이어스되어 입력 신호 파형의 절반만 전도합니다. 2개의 출력 트랜지스터는 Q1에 ​​의해 결정된 대로 서로 전도를 교대로 수행하며, 입력 신호의 두 절반이 함께 결합되어 R L 에 걸쳐 반전된 출력 파형을 생성합니다 . 부하 저항 R L 은 VC 와 VE 간의 차이를 중심으로 한 DC 바이어스 전압을 갖 습니다 . 저항 R 5 는 최대 전류 흐름을 제한하는 데 사용됩니다.

트랜지스터 위상 분배기 요약

우리는 이 튜토리얼에서 공통 이미터 회로와 공통 컬렉터 회로를 결합함으로써 실제로 CE 증폭기나 CC 증폭기가 아닌 두 개의 전압을 생성하는 위상 분배기 회로인 또 다른 유형의 단일 트랜지스터 회로를 만들 수 있음을 확인했습니다. 진폭은 동일하지만 위상이 반대입니다.

때로는 진폭이 동일하지만 서로 180o 위상차가 있는 두 개의 신호가 필요한 경우가 있으며 차동 증폭기 및 연산 증폭기 사용을 포함하여 이중 출력 위상 분배기 회로를 생성하는 다양한 방법이 있습니다. 그러나 단일 트랜지스터 위상 분배기 회로 구성은 구축하고 이해하기 가장 쉽습니다.

단일 트랜지스터 위상 분할 회로는 트랜지스터의 콜렉터 단자와 이미터 단자에서 각각 가져온 두 개의 상보(반전 및 비반전) 출력을 사용하여 클래스 A 증폭기로 작동하도록 바이어스됩니다. 올바르게 작동하려면 각 출력의 게인을 1(단위 게인)로 설정해야 합니다.

단일 트랜지스터 위상 분배기 회로는 클래스 B 푸시풀 증폭기, 인버터용 중앙 탭 변압기 또는 모터 제어용 토템폴 출력을 구동하는 데 유용합니다. 한 트랜지스터가 ON이면 다른 트랜지스터는 OFF가 되기 때문입니다.