Un amplificador de col·lector comú BJT és un circuit en què el col·lector i la base del BJT comparteixen una font d’entrada comuna, d’aquí el nom de col·lector comú.
En els nostres articles anteriors hem après les altres dues configuracions de transistors, és a dir, la base comuna i la emissor comú .
En aquest article analitzem el tercer i el disseny final, que s'anomena configuració de col·lector comú o alternativament també es coneix emissor-seguidor.
La imatge d'aquesta configuració es mostra a continuació mitjançant les direccions de flux de corrent estàndard i les notacions de tensió:
Característica principal de l’amplificador Common Collector
La característica principal i el propòsit d’utilitzar una configuració de col·lector comú BJT és concordança d’impedància .
Això es deu al fet que aquesta configuració té una impedància d'entrada alta i una impedància de sortida baixa.
Aquesta característica és en realitat l'oposat de les altres dues contraparts configuracions d'emissor comú de base comuna.
Com funciona l’amplificador de col·lector comú
A la figura anterior podem veure que la càrrega aquí s’uneix amb el pin emissor del transistor i que el col·lector està connectat a una referència comuna respecte a la base (entrada).
És a dir, el col·lector és comú tant a la càrrega d’entrada com a la de sortida. En altres paraules, el subministrament que arriba a la base i el col·lector comparteixen la polaritat comuna. Aquí, la base es converteix en l'entrada i l'emissor es converteix en la sortida.
Seria interessant assenyalar que, tot i que la configuració s’assembla a la configuració anterior d’emissor comú anterior, el col·lector es pot veure adjunt amb la “font comuna”.
Pel que fa a les característiques de disseny, no hem d’incorporar el conjunt de característiques comunes del col·lector per establir els paràmetres del circuit.
Per a totes les implementacions pràctiques, les característiques de sortida d'una configuració de col·lector comú seran exactes tal com s'atribueix a l'emissor comú
A més, senzillament el podem dissenyar utilitzant les característiques emprades per al xarxa d’emissors comuns .
Per a cada configuració de col·lector comú, les característiques de sortida es representen aplicant I ÉS contra V EC per a la I disponible B rang de valors.
Això implica que l’emissor comú i el col·lector comú tenen valors de corrent d’entrada idèntics.
Per aconseguir l’eix horitzontal d’un col·lector comú, només hem de canviar la polaritat del voltatge del col·lector-emissor en unes característiques d’emissor comú.
Finalment, veureu que amb prou feines hi ha diferències en l’escala vertical d’un emissor comú I C , si això s'intercanvia amb I ÉS en les característiques d'un col·lector comú, (ja que ∝ ≅ 1).
Mentre dissenyem el costat d’entrada, podem aplicar les característiques bàsiques de l’emissor comú per tal d’aconseguir les dades essencials.
Límits de funcionament
Per a qualsevol BJT, els límits d'operació es refereixen a la regió operativa sobre les seves característiques que indiquen el seu rang màxim tolerable i el punt on el transistor pot treballar amb distorsions mínimes.
La següent imatge mostra com es defineix això per a les característiques de BJT.
També trobareu aquests límits de funcionament en tots els fulls de dades de transistors.
Alguns d'aquests límits d'operació són fàcilment comprensibles, per exemple, sabem quin és el corrent màxim del col·lector (anomenat contínua corrent del col·lector a les fitxes tècniques) i la tensió màxima del col·lector a emissor (normalment abreujada com a V. Conseller delegat en fulls de dades).
Per a l'exemple BJT demostrat al gràfic anterior, trobem I C (màxim) s’especifica com a 50 mA i V Conseller delegat com a 20 V.
La línia vertical dibuixada s’indica com a V CE (poble) sobre la característica, exhibeix la V mínima AIX. que es pot implementar sense creuar la regió no lineal, indicada amb el nom de 'regió de saturació'.
La v CE (poble) especificat per als BJT normalment és d’uns 0,3 V.
El màxim nivell de dissipació possible es calcula mitjançant la fórmula següent:
A la imatge característica anterior, la dissipació de potència del col·lector suposada de BJT es mostra com a 300 mW.
Ara la pregunta és: quin és el mètode mitjançant el qual podem traçar la corba per a la dissipació de la potència del col·lector, definida per les següents especificacions:
ÉS
Això implica que el producte de V AIX. i jo C ha de ser igual a 300 mW, en qualsevol punt de les característiques.
Si suposo que jo C té un valor màxim de 50 mA, substituint-lo a l’equació anterior ens donarà els resultats següents:
Els resultats anteriors ens indiquen que si jo C = 50 mA, després V AIX. serà de 6V a la corba de dissipació de potència, tal com es demostra a la figura 3.22.
Ara si escollim V AIX. amb el valor més alt de 20V, llavors l’I C el nivell serà el que s’estima a continuació:
Això estableix el segon punt sobre la corba de potència.
Ara si seleccionem un nivell d’I C al mig camí, diguem-ne a 25 mA, i apliqueu-lo al nivell resultant de V AIX. , obtenim la següent solució:
El mateix es demostra a la figura 3.22.
Els 3 punts explicats es poden aplicar amb eficàcia per obtenir un valor aproximat de la corba real. Sens dubte, podem utilitzar més nombre de punts per a l’estimació i obtenir una precisió encara millor, tot i que una aproximació esdevé suficient per a la majoria d’aplicacions.
La zona que es pot veure a sota I C = Jo Conseller delegat es diu el regió de tall . No s’ha d’arribar a aquesta regió per garantir un funcionament lliure de distorsió del BJT.
Referència del full de dades
Veureu molts fulls de dades que només proporcionen el I CBO valor. En aquestes situacions podem aplicar la fórmula
Jo CEO = βI CBO. Això ens ajudarà a obtenir una comprensió aproximada del nivell de tall en absència de les corbes característiques.
En els casos en què no pugueu accedir a les corbes característiques d’un full de dades donat, pot ser imprescindible confirmar que els valors de I C, V AIX. , i el seu producte V AIX. x jo C romandrà dins del rang especificat a continuació Equació 3,17.
Resum
El col·lector comú és una configuració de transistor conegut (BJT) entre els altres tres bàsics, i s’utilitza sempre que es requereix que un transistor estigui en mode de memòria intermèdia o com a intermitent de tensió.
Com connectar un amplificador de col·lector comú
En aquesta configuració, la base del transistor està connectada per rebre l'alimentació del disparador d'entrada, el cable de l'emissor es connecta com a sortida i el col·lector està connectat amb l'alimentació positiva, de manera que el col·lector es converteix en un terminal comú a través del subministrament del disparador base. Vbb i l'oferta positiva real de Vdd.
Aquesta connexió comuna li dóna el nom de col·leccionista comú.
La configuració comuna del col·lector BJT també s’anomena circuit seguidor de l’emissor a causa de la simple raó per la qual la tensió de l’emissor segueix la tensió base en referència a terra, és a dir, el cable de l’emissor inicia una tensió només quan la tensió base és capaç de creuar els 0,6 V senyal.
Per tant, si, per exemple, la tensió base és de 6V, la tensió de l’emissor serà de 5,4V, perquè l’emissor ha de proporcionar una caiguda o un palanquejament de 0,6V a la tensió base per permetre que el transistor es condueixi, i d’aquí el nom de seguidor de l’emissor.
En termes senzills, la tensió de l’emissor serà sempre menor per un factor d’al voltant de 0,6 V que la tensió base, ja que a no ser que es mantingui aquesta caiguda de polarització, el transistor no es conduirà mai. El que al seu torn significa que no pot aparèixer cap tensió al terminal de l'emissor, per tant, la tensió de l'emissor segueix constantment la tensió base ajustant-se per si mateixa amb una diferència al voltant de -0,6V.
Com funciona el seguidor de l'emissor
Suposem que apliquem 0,6 V a la base d’un BJT en un circuit col·lector comú. Això produirà tensió zero a l'emissor, perquè el transistor no està completament en estat conductor.
Ara suposem que aquest voltatge augmenta lentament fins a 1 V, cosa que pot permetre que el cable de l'emissor produeixi un voltatge que pot estar al voltant de 0,4 V, de la mateixa manera que aquest voltatge base s'incrementa fins a 1,6 V farà que l'emissor segueixi al voltant d'1 V ... .Això mostra com l'emissor segueix la base amb una diferència al voltant de 0,6 V, que és el nivell de polarització típic o òptim de qualsevol BJT.
Un circuit de transistor de col·lector comú presentarà un guany de tensió unitària, el que significa que el guany de tensió per a aquesta configuració no és massa impressionant, sinó que està al mateix nivell que l’entrada.
Matemàticament, l'anterior es pot expressar com:
Versió PNP del circuit seguidor de l’emissor, totes les polaritats s’inverteixen.
Fins i tot la desviació de tensió més petita a la base d’un transistor de col·lector comú es duplica a través del cable de l’emissor, que en certa mesura depèn del guany (Hfe) del transistor i de la resistència de la càrrega associada).
El principal avantatge d’aquest circuit és la seva característica d’alta impedància d’entrada, que permet que el circuit funcioni de manera eficient independentment del corrent d’entrada o de la resistència de càrrega, cosa que significa que fins i tot es poden operar càrregues enormes amb entrades amb un corrent mínim.
És per això que s’utilitza un col·lector comú com a memòria intermèdia, és a dir, una etapa que integra de manera eficient operacions d’alta càrrega des d’una font de corrent relativament feble (per exemple, una font TTL o Arduino)
L'alta impedància d'entrada s'expressa amb la fórmula:
i la petita impedància de sortida, de manera que pot conduir càrregues de baixa resistència:
Vist pràcticament, la resistència de l'emissor podria ser significativament més gran i, per tant, pot ignorar-se en la fórmula anterior, que finalment ens dóna la relació:
Guany actual
El guany de corrent per a una configuració de transistor de col·lector comú és elevat, perquè el col·lector que està connectat directament amb la línia positiva és capaç de passar la quantitat total de corrent necessària a la càrrega connectada a través del cable de l'emissor.
Per tant, si us pregunteu la quantitat de corrent que un seguidor de l'emissor podria proporcionar a la càrrega, tingueu la seguretat que no serà un problema, ja que la càrrega sempre es conduirà amb un corrent òptim des d'aquesta configuració.
Exemple de circuits d'aplicació per al col·lector comú BJT
Alguns dels clàssics exemples de seguidors d’emissors o circuits d’aplicació de transistors de col·lector comuns es poden veure en els exemples següents.
Circuit d'alimentació de tensió variable de 100 amperis
Circuit de carregador de telèfon mòbil de CC mitjançant un únic transistor
Circuit de carregador de bateria d’alta intensitat de transistor únic
Anterior: Circuit inversor Arduino de 3 fases amb codi Següent: Com solucionar els circuits de transistors (BJT) correctament
