Un amplificator de colector comun BJT este un circuit în care colectorul și baza BJT au o sursă de intrare comună, de unde și denumirea de colector comun.

În articolele noastre anterioare am învățat celelalte două configurații de tranzistori, și anume comun-bază si emițător comun .

“multiplicator de tensiune de curent continuu la curent continuu ”

În acest articol discutăm al treilea și ultimul design, care se numește configurație colector comun sau, de asemenea, este cunoscut emițător-adept.

Imaginea acestei configurații este prezentată mai jos utilizând direcțiile de curent standard și notațiile de tensiune:

configurație de colector comun cu notații de direcție și tensiune standard de curent

Caracteristica principală a amplificatorului colector comun

Caracteristica principală și scopul utilizării unei configurații de colector comun BJT este Potrivirea impedanței .

Acest lucru se datorează faptului că această configurație posedă o impedanță de intrare ridicată și o impedanță de ieșire scăzută.

Această caracteristică este de fapt opusul celorlalte două omologi configurații de bază comună și emițător comun.

Cum funcționează amplificatorul colector comun

Din figura de mai sus putem vedea că sarcina este atașată aici cu pinul emițătorului tranzistorului și colectorul este conectat la o referință comună în raport cu baza (intrare).

Adică, colectorul este comun atât sarcinii de intrare, cât și de ieșire. Cu alte cuvinte, alimentarea care vine la bază și colectorul împărtășesc polaritatea comună. Aici, baza devine intrare și emițătorul devine ieșire.

Ar fi interesant de observat că, deși configurația seamănă cu configurația noastră anterioară de emițător comun, colectorul poate fi văzut atașat cu „Sursa comună”.

În ceea ce privește caracteristicile de proiectare, nu trebuie să încorporăm setul de caracteristici comune ale colectorului pentru stabilirea parametrilor circuitului.

Pentru toate implementările practice, caracteristicile de ieșire ale unei configurații de colector comun vor fi exacte așa cum sunt atribuite emițătorului comun

De altfel, îl putem proiecta pur și simplu utilizând caracteristicile utilizate pentru rețea de emițător comun .

Pentru fiecare configurație de colector comun, caracteristicile de ieșire sunt reprezentate grafic prin aplicarea I ESTE vs V CE pentru I disponibil B gama de valori.

Acest lucru implică faptul că atât emițătorul comun, cât și colectorul comun au valori identice ale curentului de intrare.

Pentru realizarea axei orizontale pentru un colector comun, trebuie doar să schimbăm polaritatea tensiunii colector-emițător într-o caracteristică comună a emițătorului.

În cele din urmă, veți vedea că nu există nici o diferență în scara verticală a unui emițător comun I C , dacă acest lucru este schimbat cu I ESTE într-o caracteristică a colectorului comun, (din moment ce ∝ ≅ 1).

În timp ce proiectăm partea de intrare, putem aplica caracteristicile de bază ale emițătorului comun pentru a obține datele esențiale.

Limite de funcționare

Pentru orice BJT, limitele de funcționare se referă la regiunea operațională peste caracteristicile sale, care indică intervalul său maxim tolerabil și punctul în care tranzistorul poate funcționa cu distorsiuni minime.

Următoarea imagine arată cum este definit acest lucru pentru caracteristicile BJT.

curba care arată limitele de funcționare în BJT

Veți găsi, de asemenea, aceste limite de funcționare pe toate fișele tehnice ale tranzistorilor.

Câteva dintre aceste limite de funcționare sunt ușor de înțeles, de exemplu, știm ce este curentul maxim al colectorului (denumit continuu curent colector în fișele tehnice) și tensiunea maximă colector-emițător (de obicei prescurtată ca V. CEO în fișele tehnice).

Pentru exemplul BJT demonstrat în graficul de mai sus, găsim I C (max) este specificat ca 50 mA și V CEO ca 20 V.

Linia verticală trasată a fost indicată ca V CE(sat) pe caracteristică, prezintă V minim ACEST care poate fi implementat fără a traversa regiunea neliniară, indicată cu numele de „regiune de saturație”.

V-ul CE(sat) specificat pentru BJT-uri este în mod normal în jur de 0,3V.

Cel mai înalt nivel de disipare posibil este calculat folosind următoarea formulă:

În imaginea caracteristică de mai sus, disiparea puterii colectorului presupus de BJT este prezentată ca 300mW.

Acum întrebarea este, care este metoda prin care putem trasa curba pentru disiparea puterii colectorului, definită de următoarele specificații:

ESTE

Aceasta implică faptul că produsul lui V ACEST și eu C trebuie să fie egală cu 300mW, în orice moment al caracteristicilor.

Dacă presupun că eu C are o valoare maximă de 50mA, înlocuind aceasta în ecuația de mai sus ne oferă următoarele rezultate:

Rezultatele de mai sus ne spun că dacă eu C = 50mA, apoi V ACEST va fi de 6V pe curba de disipare a puterii, așa cum s-a dovedit în Fig 3.22.

Acum, dacă alegem V ACEST cu cea mai mare valoare de 20V, apoi I C nivelul va fi estimat mai jos:

Aceasta stabilește al doilea punct peste curba de putere.

Acum, dacă selectăm un nivel de I C la jumătatea drumului, să zicem la 25mA și să-l aplicăm la nivelul rezultat al V ACEST , atunci obținem următoarea soluție:

Același lucru este dovedit și în Fig 3.22.

Cele 3 puncte explicate pot fi aplicate în mod eficient pentru a obține o valoare aproximativă a curbei reale. Fără îndoială, putem folosi un număr mai mare de puncte pentru estimare și pentru a obține o precizie și mai bună, totuși un aproximativ devine suficient pentru majoritatea aplicațiilor.

Zona care poate fi văzută mai jos de I C = Eu CEO se numește regiunea de tăiere . Această regiune nu trebuie atinsă pentru a asigura o funcționare fără distorsiuni a BJT.

Referință foaie tehnică

Veți vedea multe foi de date care furnizează numai I CBO valoare. În astfel de situații putem aplica formula

Eu CEO = βI CBO. Acest lucru ne va ajuta să obținem o înțelegere aproximativă cu privire la nivelul de tăiere în absența curbelor caracteristice.

În cazurile în care nu puteți accesa curbele caracteristice dintr-o foaie de date dată, poate fi imperativ pentru dvs. să confirmați că valorile lui I C, V ACEST , și produsul lor V ACEST x eu C rămâneți în intervalul specificat în cele ce urmează Ec 3.17.

rezumat

Colectorul comun este o configurație de tranzistor binecunoscută (BJT) printre celelalte trei de bază și este utilizat ori de câte ori este necesar ca un tranzistor să fie în modul tampon sau ca tampon de tensiune.

Cum să conectați un amplificator comun de colecție

În această configurație, baza tranzistorului este cablată pentru primirea sursei de declanșare de intrare, cablul emițătorului este conectat ca ieșire și colectorul este conectat la sursa pozitivă, astfel încât colectorul devine un terminal comun peste sursa de declanșare de bază. Vbb și sursa reală pozitivă Vdd.

Această conexiune comună îi dă numele de colecționar comun.

Configurația comună a colectorului BJT este numită și circuitul de urmărire a emițătorului din simplul motiv că tensiunea emițătorului urmează tensiunea de bază cu referire la sol, ceea ce înseamnă că cablul emițătorului inițiază o tensiune numai atunci când tensiunea de bază este capabilă să traverseze 0.6V marcă.

Prin urmare, dacă, de exemplu, tensiunea de bază este de 6 V, atunci tensiunea emițătorului va fi de 5,4 V, deoarece emițătorul trebuie să furnizeze o scădere de 0,6 V sau o pârghie a tensiunii de bază pentru a permite tranzistorului să conducă și, prin urmare, denumirea de următorul emițător.

În termeni simpli, tensiunea emițătorului va fi întotdeauna mai mică cu un factor de aproximativ 0,6 V decât tensiunea de bază, deoarece dacă nu se menține această cădere de polarizare, tranzistorul nu va conduce niciodată. Ceea ce la rândul său înseamnă că nu poate apărea tensiune la terminalul emițătorului, prin urmare, tensiunea emițătorului urmează constant tensiunea de bază reglându-se cu o diferență de aproximativ -0,6V.

Cum funcționează următorul emițător

Să presupunem că aplicăm 0,6 V la baza unui BJT într-un circuit colector comun. Acest lucru va produce tensiune zero la emițător, deoarece tranzistorul nu este complet complet în starea de conducere.

Acum, să presupunem că această tensiune crește încet la 1V, acest lucru ar putea permite cablului emițătorului să producă o tensiune care poate fi în jur de 0,4 V, în mod similar, deoarece această tensiune de bază este crescută la 1,6 V, va face emițătorul să urmeze până la aproximativ 1 V ... .Acest lucru arată cum emițătorul continuă să urmărească baza cu o diferență de aproximativ 0,6 V, care este nivelul tipic sau optim de polarizare al oricărui BJT.

Un circuit tranzistor comun cu colector va prezenta un câștig de tensiune de unitate, ceea ce înseamnă că câștigul de tensiune pentru această configurare nu este prea impresionant, mai degrabă doar la egalitate cu intrarea.

Matematic, cele de mai sus pot fi exprimate ca:

${A_mathrm {v}} = {v_mathrm {out} peste v_mathrm {in}} aproximativ 1$

Versiunea PNP a circuitului de urmărire a emițătorului, toate polaritățile sunt inversate.

Chiar și cea mai mică dintre abaterile de tensiune de la baza unui tranzistor comun cu colector este duplicată pe firul emițătorului, care într-o oarecare măsură depinde de câștigul (Hfe) al tranzistorului și de rezistența sarcinii atașate).

Principalul beneficiu al acestui circuit este caracteristica sa de impedanță de intrare ridicată, care permite circuitului să funcționeze eficient indiferent de curentul de intrare sau rezistența la sarcină, ceea ce înseamnă că chiar și sarcini uriașe pot fi operate eficient cu intrări cu curent minim.

De aceea, un colector comun este folosit ca tampon, adică o etapă care integrează în mod eficient operațiuni de încărcare mare dintr-o sursă de curent relativ slabă (de exemplu, o sursă TTL sau Arduino)

Impedanța mare de intrare este exprimată cu formula:

$r_mathrm {în} aproximativ beta_0 R_mathrm {E}$

și mica impedanță de ieșire, astfel încât să poată conduce sarcini cu rezistență redusă:

$r_mathrm {out} approx {R_mathrm {E}} | {R_mathrm {source} peste beta_0}$

Văzând practic, rezistența emițătorului ar putea fi semnificativ mai mare și, prin urmare, poate fi ignorată în formula de mai sus, care ne oferă în cele din urmă relația:

$r_mathrm {out} approx {R_mathrm {source} peste beta_0}$

Câștig curent

Câștigul de curent pentru o configurație comună a tranzistorului colectorului este ridicat, deoarece colectorul fiind conectat direct cu linia pozitivă este capabil să treacă întreaga cantitate necesară de curent la sarcina atașată prin cablul emițătorului.

Prin urmare, dacă vă întrebați cât de mult curent ar putea furniza un adept emițător sarcinii, fiți siguri că nu va fi o problemă, deoarece sarcina va fi întotdeauna condusă cu un curent optim din această configurație.

Exemple de circuite de aplicare pentru colectorul comun BJT

Câteva dintre exemplele clasice de circuite de aplicare a tranzistorului colector comun sau ale unui tranzistor comun colector pot fi văzute în următoarele exemple.

Circuit de alimentare cu tensiune variabilă de 100 amp