Jak pracovní bod nastavit?
K tomu použijeme zapojení tranzistoru podle obrázku číslo 1. Nastavení tranzistoru do pracovního bodu je provedeno děličem napětí (rezistory R1 a R2). Jedná se o jeden ze způsobů nastavení pracovního bodu, další variantou je například předřadný rezistor (to je rezistor mezi napájecím napětím a bází), protože rezistor omezuje velikost proudu, omezuje i velikost klidového proudu tekoucího do báze.
Nyní si vysvětlíme, jak jsme se dostali k hodnotám rezistorů. Na obrázku číslo 2 vidíme voltampérovou charakteristiku tranzistoru BC547. Pro náš pokus jsem vybral hodnotu proudu báze Ib = 200 uA (je to jedna z křivek). Aby náš tranzistor pracoval jako zesilovač ve třídě A, je třeba, aby jeho pracovní bod ležel v polovině napájecího napětí (naše napájecí napětí je 12 V).
Proto z hodnoty 6 V na spodní ose vztyčíme kolmici, která protne křivku Ib = 200 uA, tím získáme pracovní bod P (na obrázku číslo 3 označen červeně). Zelená kolmice ke svislé ose procházející bodem P označuje hodnotu proudu tekoucího kolektorem tranzistoru, pokud je kolektorový proud nastaven na Ic = 50 mA.
Protože budeme dále pracovat se zapojením tranzistoru se společným kolektorem, musíme vzít v úvahu, že výstup tohoto zapojení je na emitoru. Na emitoru by tedy mělo být ono napětí 6 V (polovina napájecího napětí). Hodnota rezistoru R3 vypočteme z těchto dvou informací (polovina napájecího napětí a hodnota proudu tekoucího kolektorem).
Získáme R3 = Uce / Ic = 6 / 0,05 = 120 Ω.
Skrz dělič napětí tvořený rezistory R1 a R2 protéká takzvaný "příčný proud", ten by měl být cca desetkrát větší než klidový proud bází. Skrz rezistor R1 poteče proud 11∙Ib a skrz rezistor R2 poteče 10*Ib. Podle prvního Kirchhoffova zákona se proud protékající rezistorem R1 rozdělí na proud protékající rezistorem R2 a proud, tekoucí do báze tranzistoru.
Již jsme si řekli, že mezi emitorem tranzistoru a zemí má být napětí 6 V (polovina napájecího napětí). Napětí mezi bází tranzistoru a zemí musí být vyšší o takzvané prahové napětí. Prahové napětí (podobně jako u diody) je napětí, který je nutné k otevření PN přechodu mezi bází a emitorem.
Nyní jsme již schopni spočítat hodnoty R1 a R2. Hodnota R1 = (1/2 Ucc - 0,7) / 11 ∙ Ib = 2409 Ω a hodnota R2 = (1/2 Ucc + 0,7) / (10 ∙ Ib) = 3350 Ω
Změříme proud procházející bází a kolektorem. Měli bychom získat hodnoty odpovídající pracovnímu bodu (200 μA tekoucí skrz do báze a 50 mA tekoucí kolektorem). Protože máme tranzistor nastavený do pracovního bodu, můžeme do schématu doplnit vstupní signál (viz. obrázek číslo 4).
Zapojení se společným kolektorem
Na obrázku číslo 4 je kromě schématu zapojení i ukázka vstupního a výstupního napětí našeho zesilovače. Vidíme, že napětí výstupu zesilovače je stejné jako na vstupu, jen "posunuté" o 0,7 V. Proto se tomuto zapojení říká také "emitorový sledovač" (protože napětí na emitoru "sleduje" napětí na bázi). Oproti tomu obrázek číslo 5 ukazuje velké proudové zesílení našeho zapojení.
Zapojení se společným kolektorem má své využití pro impedanční přizpůsobení dvou obvodů. Impedance je vlastně el. odpor, ale zobecněný na případ střídavého proudu. Představme si situaci, kdy potřebujeme propojit dvě zařízení na větší vzdálenost. K propojení chceme použít kabel.
Problém je, že kabel má impedanci v řádu desítek ohmů, výstup našeho zařízení může mít výstupní impedanci i několik desítek kiloohmů! Pokud bychom připojili kabel přímo k výstupu, mohlo by dojít ke zkratu a my bychom zničili někdy i velmi drahé zařízení.
Zapojením emitorového sledovače docílíme impedančnímu přizpůsobení, protože emitorový sledovač má velkou impedanci na vstupu a malou na výstupu. Na druhé straně mezi kabelem a druhým zařízením můžeme použít zapojení tranzistoru se společnou bází. To zase naopak vykazuje malou impedanci na vstupu a velkou na výstupu.
Závěr
Dnes jsme si ukázali, jak postupovat při nastavování pracovního bodu tranzistoru a ukázali jsme si poslední typ zapojení tranzistoru (se společný kolektorem). V příštím díle si vysvětlíme, jak tranzistor použít v praktické aplikaci.
