Faz Ayırıcı / Phase Splitter

Bir faz ayırıcı devre, tek bir giriş sinyalinden genlik bakımından eşit, ancak faz bakımından zıt iki çıkış sinyali üretir.

Faz Bölücü, tek bir sinüzoidal giriş sinyalinin, faz bakımından birbirinden 180 elektrik derece farklı olan iki ayrı çıkışa bölündüğü, başka bir iki kutuplu bağlantı transistörü (BJT) konfigürasyonudur.

Bir transistör faz ayırıcısının giriş sinyali, toplayıcı terminalden alınan bir çıkış sinyali ve emitör terminalinden alınan ikinci çıkış sinyali ile baz terminaline uygulanır. Bu nedenle transistör faz ayırıcı, 180° faz dışı olan kollektör ve emiter terminallerinden tamamlayıcı çıkışlar üreten bir çift çıkışlı amplifikatördür.

Tek transistörlü bir faz ayırıcı devresi, önceki eğitimlerde temel yapı taşlarını gördüğümüz için yeni bir şey değil. faz ayırıcı, faz çevirici devresi, ortak bir yayıcı yükselticinin özelliklerini ortak bir toplayıcı yükselticinin özellikleriyle birleştirir. CE yükselticisi ve CC yükseltici devrelerinde olduğu gibi, faz bölücü devresi, çıkış sinyali bozulmasını azaltmak için doğrusal bir A sınıfı yükseltici olarak çalıştırılmak üzere ileriye doğru polarlıdır.

Ama önce ortak emitör (CE) amplifikatör devresi ve ortak toplayıcı (CC) amplifikatör devresi konfigürasyonları hakkındaki bilgilerimizi tazeleyelim.

faz ayırıcı
Common Emitter Amplifier

Gerilim bölücü polarlamalı ortak emitör devresi, polarlanması ve anlaşılması kolay olduğu için en yaygın kullanılan lineer amplifikatör konfigürasyonudur.

Giriş sinyali taban terminaline uygulanır ve çıkış sinyali, gösterildiği gibi kollektör ve pozitif besleme rayı, VCC arasına bağlanan RL yük direncinden alınır. Böylece emitör hem giriş hem de çıkış devreleri için ortaktır.

RL/RE oranı ile belirlenen voltaj amplifikasyonu sağlamanın yanı sıra, Ortak Verici (CE) konfigürasyonunun ana özelliği, giriş ve çıkış sinyalleri arasında 180°’lik bir faz tersinmesi üreten bir evirici yükseltici olmasıdır.

A sınıfı bir amplifikatör olarak çalışmak için devre, tabana beslenen hareketsiz akımın, IB’nin toplayıcı terminal voltajını besleme voltajı değerinin yaklaşık yarısına konumlandıracağı şekilde polarlıdır. R1 ve R2 dirençlerinin oranı, maksimum bozulmamış çıkış sinyali sağlayarak transistörün doğru bir şekilde polarlı olması için seçilir.

faz ayırıcı
Common Collector Amplifier

Ortak kollektör amplifikatörü, kollektörün hem giriş hem de çıkış devreleri için ortak olduğu ortak kollektör konfigürasyonunda tek transistörü kullanır. Giriş sinyali, transistör baz terminaline uygulanır ve çıkış, gösterildiği gibi emiter terminalinden alınır.

Çıkış sinyali emitör direnci üzerinden alındığından, RE kollektör direnci kullanılmaz, bu nedenle kollektör terminali doğrudan besleme rayına, VCC’ye bağlanır. Bu tip amplifikatör konfigürasyonu, çıkış sinyali giriş sinyalini takip ettiği için voltaj takipçisi veya daha yaygın olarak emitör takipçisi olarak da bilinir.

Ortak Kollektör (CC) konfigürasyonunun ana özelliği, giriş sinyali doğrudan baz-yayıcı bağlantısından çıkışa geçtiği için ters çevirmeyen bir amplifikatör olmasıdır. Bu nedenle çıkış, girişle “faz içi” dir. Bu nedenle, birden biraz daha az bir voltaj kazancına sahiptir.

Önceki ortak emitör konfigürasyonunda olduğu gibi, ortak kollektör amplifikatörünün transistörü, DC çalışma koşulları için iyi bir stabilizasyon sağlamak için bir voltaj bölücü ağ kullanılarak besleme voltajının yarısına kadar kutuplanır.

Faz Ayırıcı Yapılandırması

Ortak emiterli yükseltecin konfigürasyonunu ortak toplayıcı yükselticinin konfigürasyonu ile birleştirirsek ve aynı anda hem kollektör hem de emiter terminallerinden çıkışları alırsak, eşit büyüklükte iki çıkış sinyali üreten bir transistör devresi oluşturabiliriz. Ama bu çıkışlar birbirlerine göre ters şekilde olur.

Faz Bölücü, gösterildiği gibi evirici ve evirici olmayan çıkışlar üretmek için tek bir transistör kullanır.

faz ayırıcı

Daha önce ortak yayıcı yükselticinin voltaj kazancının RL’nin RE’ye oranı olduğunu, yani -RL/RE olduğunu söylemiştik (eksi işareti bir ters yükselticiyi gösterir). Bu iki rezistörü değer olarak (RL = RE) eşitleyecek olsaydık, ortak emitör aşamasının voltaj kazancı -1’e veya +1 eşit olurdu.

Ortak toplayıcı olarak, emitör takipçi yükselteç devresi doğal olarak bire yakın (+1) ters çevirmeyen bir voltaj kazancına sahiptir, biri kollektörden diğeri emiterden gelen iki çıkış sinyali genlik bakımından eşit ancak 180° dışında olacaktır. Bu, kazançlı transistör faz ayırıcı devresini, B sınıfı bir itme-çekme güç amplifikatörü gibi başka bir amplifikatör aşamasına tamamlayıcı veya anti-faz girişleri sağlamak için çok faydalı kılar.

Doğru çalışma için, besleme rayına ve toprağa bağlı gerilim bölücü şebeke, simetrik çıkışlar üreten hem kollektör hem de emitör terminallerinden çıkış gerilimi salınımı için DC koşullarının doğru stabilizasyonunu üretecek şekilde seçilmelidir.

Faz Bölücü Örneği

Bir itme-çekme güç amplifikatörü aşamasını sürmek için tek bir transistörlü faz ayırıcı devre gereklidir. Besleme gerilimi 9 volt, kullanılan NPN 2N3904 transistörünün Beta değeri 100, hareketsiz kollektör akımı 1mA ve giriş sinyalinin genliği 1V tepe ise uygun bir devre tasarlayın.

Yayıcı terminal çıkış sinyalinin bozulmasını önlemek için, emiter terminalinin polarlama voltajı, bu durumda 1 volt tepe noktası olan giriş sinyalinin maksimum değerinden büyük olmalıdır. Distorsiyonsuz bir çıkış salınımı sağlamak için DC emitör terminal voltajını giriş değerinin iki katına ayarlarsak, VE 2 volta eşit olacaktır.

VE, 2 volt olarak ayarlandığından ve içinden geçen kollektör durgun akımı olan emitör akımı 1mA olarak verildiğinden, emitör direnci değeri RE şu şekilde hesaplanır:

faz ayırıcı

Faz ayırıcı devrenin ortak emitör tarafının voltaj kazancının -1’e eşit olması için, kollektör yük direnci RL RE’ye eşit olmalıdır. Yani RL = RE = 2kΩ. Böylece kollektör yük direnci boyunca düşen voltaj şu şekilde hesaplanır:

faz ayırıcı

Kirchhoff’un Gerilim Yasasını uygulayarak, VCC – VC – VCE – VE = 0. Böylece 9 – 2 – 5 – 2 = 0. Bunu görmeyi beklerdik çünkü RL = RE ve her iki dirençten geçen akım yaklaşık olarak aynı değerdedir, bu nedenle her bir dirençteki I*R voltaj düşüşü 2.0 voltta aynı olacaktır.

Bunun anlamı, evirmeyen çıkış (verici terminal) için DC ön polarlama voltajının 2,0 volt (0 + 2) ve evirici çıkış (kollektör terminali) için DC ön polarlama voltajının 7,0 volt (9 – 2) olduğu anlamına gelir. Diğer bir deyişle, iki çıkışın DC sessiz çıkış gerilimleri farklı değerlerdedir.

Transistörlerin DC akım kazancı Beta, 100 olarak verilir. Ortak bir emitör yükseltici için Beta, kollektör akımının baz akımına oranıdır, yani; β = IC/IB, gereken baz polarlama akımının değeri şu şekilde hesaplanır:

faz ayırıcı

Daha sonra 100’lük bir DC akım kazancı için, hareketsiz temel akım, IB(Q), 10uA olarak verilir. Gerilim bölücü şebekenin tabandan toprağa direncinden akan durgun akımın değerinin, taban akımından on kat (x10) daha büyük olması yaygın bir uygulamadır. Böylece R2’den geçen akım 10*IB = 10*10uA = 100uA olacaktır.

Temel voltaj, VB, emitör voltajı VE artı baz-yayıcı pn-bağlantısının 0,7 volt ileri voltaj düşüşüne eşittir, yani: 2,0 + 0,7 = 2,7 volt. Bu nedenle R2 değeri şu şekilde hesaplanır:

faz ayırıcı

R2’den 100uA akan ve transistör taban terminaline akan 10uA olduğu için, gerilim bölücü şebekenin üst rezistörü R1’den 110uA (100uA + 10uA) akan olduğunu takip etmelidir. Besleme gerilimi 9 volt ve transistörlerin taban gerilimi 2,7 volt ise. Direnç R1’in değeri şu şekilde hesaplanır:

faz ayırıcı

Böylece, ayırıcı devrenin DC polarlaması için kullanılan gerilim bölücü ağı, R1 = 57.3kΩ ve R2 = 27kΩ’dan oluşur.

Yukarıda hesaplanan değerleri bir araya getirmek bize tek transistörlü faz ayırıcı devresini verir:

faz ayırıcı
Transistor Phase Splitter Circuit

Tek bir transistörlü faz ayırıcı devre, giriş sinyalinin iki çıkış versiyonunu ürettiğinden, giriş sinyaliyle aynı fazda olan ters çevrilmemiş bir versiyon ve her iki çıkışı da benzer bir genliğe sahip olan giriş sinyalinin 180o faz ters çevrilmiş versiyonu. Bu, faz bölücü devresini, amplifikasyon veya DC motor kontrolü için itme-çekme veya totem-kutup konfigüre edilmiş çıkışların sürülmesinde kullanım için ideal hale getirecektir.

Aşağıdaki devreyi düşünün.

faz ayırıcı
Totem-pole Output Stage

Tamamlayıcı çıkışlar transistörün Q1 kollektöründen ve emitöründen alındığından, üst transistör Q2 ileri polarlandığında ve negatif yarı çevrimde (inversiyon nedeniyle) iletken olduğunda, alt transistör Q3 KAPALI, dolayısıyla negatif dalga formunun yarısı yük direncine (RL) iletilir.

Giriş dalga formunun pozitif yarı döngüsünde, alt transistör Q3 ileri yönlüdür ve iletkendir, üst transistör Q2 KAPALI iken, dalga formunun pozitif yarısı yük direncine, RL’ye geçirilir.

Böylece, herhangi bir zamanda çıkış transistörlerinden sadece biri, Q2 veya Q3, yeterince ileriye doğru kutuplanmıştır ve giriş sinyali dalga biçiminin yalnızca bir yarısını iletmektedir. İki çıkış transistörü, RL boyunca ters çevrilmiş bir çıkış dalga biçimi üretmek için giriş sinyalinin her iki yarısı bir araya getirilerek Q1 tarafından belirlendiği gibi birinden diğerine iletimi değiştirir. Yük direnci RL, VC ve VE arasındaki fark etrafında ortalanmış bir DC öngerilim gerilimine sahiptir. Direnç R5, maksimum akım akışını sınırlamak için kullanılır.

Özetle

Bu öğreticide, ortak bir emitör devresini ortak bir kollektör devresiyle birleştirerek, gerçekte bir CE yükselticisi veya bir CC yükselticisi olmayan, bunun yerine iki voltaj üreten bir faz ayırıcı devre olan başka bir tür tekli transistör devresi oluşturabileceğimizi gördük. aynı genlikte fakat zıt fazdadır.

Bazen, her ikisi de genlik bakımından eşit olan ancak birbirleriyle 180° faz dışı olan iki sinyale sahip olmak gerekir ve diferansiyel yükselteçler ve işlemsel yükselteçlerin kullanımı dahil olmak üzere çift çıkışlı bir faz ayırıcı devre oluşturmanın farklı yolları vardır. Ancak tek transistörlü faz ayırıcı devre konfigürasyonu, inşa edilmesi ve anlaşılması en kolay olanıdır.

Tek transistörlü faz ayırıcı devre, transistörün sırasıyla toplayıcı ve verici terminallerinden alınan iki tamamlayıcı (ters çevrilmiş ve ters çevrilmemiş) çıkışla bir A sınıfı amplifikatör olarak çalışacak şekilde önyargılıdır. Doğru çalışması için her çıkışın kazancı 1, birim kazanç olarak ayarlanmalıdır.

Tek transistörlü faz ayırıcı devreler, B Sınıfı itme-çekme yükselteçlerini, invertörler için merkez uçlu transformatörü veya bir transistör AÇIK iken diğer transistör KAPALI olduğunda olduğu gibi motor kontrolü çıkışlarını sürmek için kullanışlıdır.