Un amplificatore collettore comune BJT è un circuito in cui il collettore e la base del BJT condividono un'alimentazione di ingresso comune, da cui il nome collettore comune.
Nei nostri articoli precedenti abbiamo imparato le altre due configurazioni di transistor, vale a dire il base comune e il emettitore comune .
In questo articolo discutiamo il terzo e il progetto finale che si chiama configurazione common-collector o in alternativa è anche noto emettitore-seguace.
L'immagine di questa configurazione è mostrata di seguito utilizzando le direzioni del flusso di corrente standard e le notazioni di tensione:
Caratteristica principale di Common Collector Amplifier
La caratteristica principale e lo scopo dell'utilizzo di una configurazione di collettore comune BJT è adattamento dell'impedenza .
Ciò è dovuto al fatto che questa configurazione possiede un'alta impedenza di ingresso e una bassa impedenza di uscita.
Questa caratteristica è in realtà l'opposto delle altre due configurazioni di base comune e di emettitore comune.
Come funziona il Common Collector Amplifier
Dalla figura sopra possiamo vedere che il carico qui è attaccato al pin emettitore del transistor e il collettore è collegato ad un riferimento comune rispetto alla base (ingresso).
Ciò significa che il collector è comune sia al carico di ingresso che a quello di uscita. In altre parole, l'alimentazione che arriva alla base e il collettore condividono entrambe la polarità comune. Qui, la base diventa l'ingresso e l'emettitore diventa l'uscita.
Sarebbe interessante notare che, sebbene la configurazione assomigli alla nostra precedente configurazione con emettitore comune, il collettore può essere visto collegato con la 'Sorgente comune'.
Per quanto riguarda le caratteristiche di progettazione, non dobbiamo incorporare l'insieme di caratteristiche comuni del collettore per stabilire i parametri del circuito.
Per tutte le implementazioni pratiche, le caratteristiche di uscita di una configurazione di collettore comune saranno esatte come attribuite per l'emettitore comune
Quindi, possiamo semplicemente progettarlo utilizzando le caratteristiche impiegate per il rete a emettitore comune .
Per ogni configurazione del collettore comune, le caratteristiche di uscita vengono tracciate applicando I. E vs V CE per il disponibile I B intervallo di valori.
Ciò implica che sia l'emettitore comune che il collettore comune hanno valori di corrente di ingresso identici.
Per ottenere l'asse orizzontale per un collettore comune, abbiamo solo bisogno di cambiare la polarità della tensione collettore-emettitore in una caratteristica di emettitore comune.
Infine, vedrai che non c'è quasi nessuna differenza nella scala verticale di un emettitore comune I C , se questo viene scambiato con I E in una caratteristica di collettore comune, (poiché ∝ ≅ 1).
Durante la progettazione del lato di ingresso, possiamo applicare le caratteristiche di base dell'emettitore comune per ottenere i dati essenziali.
Limiti di funzionamento
Per qualsiasi BJT i limiti di funzionamento si riferiscono alla regione operativa oltre le sue caratteristiche che indicano il suo range massimo tollerabile e il punto in cui il transistor può lavorare con distorsioni minime.
L'immagine seguente mostra come questo è definito per le caratteristiche BJT.
Troverai anche questi limiti di funzionamento su tutte le schede tecniche dei transistor.
Alcuni di questi limiti di funzionamento sono facilmente comprensibili, ad esempio sappiamo qual è la corrente massima del collettore (indicata come continuo corrente del collettore nelle schede tecniche) e tensione massima dal collettore all'emettitore (tipicamente abbreviata come V Amministratore delegato nelle schede tecniche).
Per l'esempio BJT dimostrato nel grafico sopra, troviamo I C (massimo) è specificato come 50 mA e V Amministratore delegato come 20 V.
La linea verticale tracciata indicata come V EC (villaggio) sulla caratteristica, presenta il minimo V QUESTO che può essere implementato senza attraversare la regione non lineare, indicata con il nome 'regione di saturazione'.
La V EC (villaggio) specificato per BJT è normalmente intorno a 0,3 V.
Il livello di dissipazione più alto possibile viene calcolato utilizzando la seguente formula:
Nell'immagine caratteristica sopra, la dissipazione di potenza del collettore presunta del BJT è mostrata come 300 mW.
Ora la domanda è: qual è il metodo attraverso il quale possiamo tracciare la curva per la dissipazione di potenza del collettore, definita dalle seguenti specifiche:
E
Ciò implica che il prodotto di V QUESTO e io C deve essere uguale a 300mW, in qualsiasi punto delle caratteristiche.
Se supponiamo che io C ha un valore massimo di 50mA, sostituendolo nell'equazione precedente si ottengono i seguenti risultati:
I risultati di cui sopra ci dicono che se io C = 50mA, quindi V QUESTO sarà 6V sulla curva di dissipazione della potenza, come mostrato in Fig 3.22.
Ora, se scegliamo V QUESTO con il valore più alto di 20V, quindi la I C il livello sarà come stimato di seguito:
Questo stabilisce il secondo punto sulla curva di potenza.
Ora, se selezioniamo un livello di I. C intorno alla metà, diciamo a 25mA, e applicalo al livello risultante di V QUESTO , quindi otteniamo la seguente soluzione:
Lo stesso è dimostrato anche nella Fig 3.22.
I 3 punti spiegati possono essere applicati efficacemente per ottenere un valore approssimativo della curva effettiva. Senza dubbio possiamo usare un numero maggiore di punti per la stima e ottenere una precisione ancora migliore, tuttavia un'approssimazione diventa appena sufficiente per la maggior parte delle applicazioni.
L'area che può essere vista sotto I C = I Amministratore delegato si chiama regione di cut-off . Questa regione non deve essere raggiunta per garantire un funzionamento senza distorsioni del BJT.
Riferimento del foglio dati
Vedrai molte schede tecniche che forniscono solo l'I CBO valore. In tali situazioni possiamo applicare la formula
io CEO = βI CBO. Questo ci aiuterà a ottenere una comprensione approssimativa del livello di cut-off in assenza delle curve caratteristiche.
Nei casi in cui non si è in grado di accedere alle curve caratteristiche di una data scheda tecnica, potrebbe essere imperativo confermare che i valori di I C, V QUESTO e il loro prodotto V QUESTO x I C rimanere all'interno dell'intervallo come specificato di seguito Eq 3.17.
Sommario
Il collettore comune è una configurazione a transistor ben nota (BJT) tra le altre tre di base, e viene utilizzato ogni volta che un transistor deve essere in modalità buffer, o come buffer di tensione.
Come collegare un amplificatore di raccolta comune
In questa configurazione la base del transistor è cablata per ricevere l'alimentazione del trigger di ingresso, il cavo dell'emettitore è collegato come uscita e il collettore è collegato all'alimentazione positiva, in modo tale che il collettore diventa un terminale comune attraverso l'alimentazione del trigger di base Vbb e l'effettiva alimentazione positiva Vdd.
Questa connessione comune gli dà il nome di collezionista comune.
La configurazione BJT del collettore comune è anche chiamata circuito inseguitore di emettitore per il semplice motivo che la tensione dell'emettitore segue la tensione di base con riferimento alla massa, il che significa che il cavo dell'emettitore avvia una tensione solo quando la tensione di base è in grado di attraversare lo 0,6 V. marchio.
Pertanto, se ad esempio la tensione di base è 6 V, la tensione dell'emettitore sarà 5,4 V, perché l'emettitore deve fornire una caduta o una leva di 0,6 V alla tensione di base per consentire al transistor di condurre, e da qui il nome emettitore follower.
In termini semplici, la tensione dell'emettitore sarà sempre inferiore di un fattore di circa 0,6 V rispetto alla tensione di base perché a meno che questa caduta di polarizzazione non venga mantenuta, il transistor non condurrà mai. Il che a sua volta significa che nessuna tensione può comparire sul terminale dell'emettitore, quindi la tensione dell'emettitore segue costantemente la tensione di base regolandosi di una differenza di circa -0,6 V.
Come funziona Emitter Follower
Supponiamo di applicare 0,6 V alla base di un BJT in un comune circuito collettore. Ciò produrrà tensione zero all'emettitore, perché il transistor non è completamente nello stato di conduzione.
Supponiamo ora che questa tensione aumenti lentamente fino a 1 V, questo potrebbe consentire al cavo dell'emettitore di produrre una tensione che può essere di circa 0,4 V, allo stesso modo se questa tensione di base viene aumentata a 1,6 V farà sì che l'emettitore segua fino a circa 1 V ... .questo mostra come l'emettitore continua a seguire la base con una differenza di circa 0,6 V, che è il livello di polarizzazione tipico o ottimale di qualsiasi BJT.
Un comune circuito a transistor collettore mostrerà un guadagno di tensione unitario, il che significa che il guadagno di tensione per questa configurazione non è troppo impressionante, piuttosto alla pari con l'ingresso.
Matematicamente quanto sopra può essere espresso come:
Versione PNP del circuito inseguitore di emettitore, tutte le polarità sono invertite.
Anche la più piccola delle deviazioni di tensione alla base di un comune transistor collettore è duplicata attraverso il cavo dell'emettitore, che in una certa misura dipende dal guadagno (Hfe) del transistor e dalla resistenza del carico collegato).
Il vantaggio principale di questo circuito è la sua caratteristica di impedenza di ingresso elevata, che consente al circuito di funzionare in modo efficiente indipendentemente dalla corrente di ingresso o dalla resistenza di carico, il che significa che anche carichi enormi possono essere gestiti in modo efficiente con ingressi con corrente minima.
Ecco perché un collettore comune viene utilizzato come buffer, ovvero uno stadio che integra in modo efficiente operazioni di carico elevato da una sorgente di corrente relativamente debole (ad esempio una sorgente TTL o Arduino)
L'alta impedenza di ingresso si esprime con la formula:
e la piccola impedenza di uscita, quindi può pilotare carichi a bassa resistenza:
In pratica, la resistenza dell'emettitore potrebbe essere notevolmente più grande e può quindi essere ignorata nella formula sopra, che finalmente ci dà la relazione:
Guadagno corrente
Il guadagno di corrente per una configurazione di transistor collettore comune è elevato, poiché il collettore essendo direttamente collegato alla linea positiva è in grado di far passare l'intera quantità di corrente richiesta al carico collegato tramite il cavo dell'emettitore.
Pertanto, se ti stai chiedendo quanta corrente un inseguitore di emettitore sarebbe in grado di fornire al carico, stai certo che non sarà un problema poiché il carico verrebbe sempre guidato con una corrente ottimale da questa configurazione.
Esempi di circuiti di applicazione per collettore comune BJT
Alcuni dei classici esempi di circuiti di applicazione a transistor a collettore comune o inseguitore di emettitore possono essere visti negli esempi seguenti.
Circuito di alimentazione a tensione variabile da 100 amp
Circuito del caricatore del telefono cellulare CC che utilizza un singolo transistor
Circuito caricabatteria ad alta corrente a transistor singolo
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