Spoločný kolektor tranzistora

Zosilňovač spoločného kolektora BJT je obvod, v ktorom kolektor a základňa BJT zdieľajú spoločné vstupné napájanie, preto sa nazýva spoločný kolektor.

V našich predchádzajúcich článkoch sme sa naučili ďalšie dve konfigurácie tranzistorov, menovite spoločná základňa a obyčajný žiarič .

V tomto článku diskutujeme o treťom a konečnom návrhu, ktorý sa nazýva konfigurácia spoločného kolektora alebo alternatívne je tiež známy emitor-nasledovník.

Obrázok tejto konfigurácie je zobrazený nižšie pomocou štandardných smerov toku prúdu a zápisov napätia:

Hlavná vlastnosť spoločného kolektorového zosilňovača

Hlavnou vlastnosťou a účelom použitia konfigurácie spoločného kolektora BJT je zosúladenie impedancie .

To je spôsobené skutočnosťou, že táto konfigurácia má vysokú vstupnú impedanciu a nízku výstupnú impedanciu.

Táto vlastnosť je v skutočnosti opakom ostatných dvoch protikladov konfigurácií common-base a common-emitter.

Ako funguje bežný kolektorový zosilňovač

Z vyššie uvedeného obrázku vidíme, že záťaž je tu spojená s emitorovým kolíkom tranzistora a kolektor je pripojený k spoločnej referencii vzhľadom na základňu (vstup).

Znamená to, že kolektor je spoločný pre vstupné aj výstupné zaťaženie. Inými slovami, napájanie prichádzajúce k základni a kolektor majú spoločnú polaritu. Tu sa základňa stáva vstupom a vysielač výstupom.

Bolo by zaujímavé poznamenať, že hoci konfigurácia pripomína našu predchádzajúcu konfiguráciu spoločného vysielača, kolektor je viditeľný v prílohe so „spoločným zdrojom“.

Pokiaľ ide o konštrukčné vlastnosti, na stanovenie parametrov obvodu nemusíme zahrnúť množinu bežných charakteristík kolektora.

Pre všetky praktické implementácie budú výstupné charakteristiky konfigurácie spoločného kolektora presné, aké sú určené pre spoločný vysielač

Therfeore, môžeme jednoducho navrhnúť pomocou charakteristiky použité pre sieť spoločného vysielača .

Pre každú konfiguráciu spoločného kolektora sa výstupné charakteristiky vykreslia aplikáciou I JE vs V ES pre dostupné I B rozsah hodnôt.

To znamená, že spoločný vysielač aj spoločný kolektor majú rovnaké hodnoty vstupného prúdu.

Na dosiahnutie vodorovnej osi pre spoločný kolektor stačí zmeniť polaritu napätia kolektora a vysielača v charakteristike spoločného vysielača.

Nakoniec uvidíte, že vo vertikálnej mierke bežného vysielača I nie je takmer žiadny rozdiel C. , ak je to zamenené s I JE v charakteristike spoločného kolektora (od ∝ ≅ 1).

Pri návrhu vstupnej strany môžeme na dosiahnutie základných údajov použiť základné charakteristiky spoločného vysielača.

Obmedzenia prevádzky

Pre akýkoľvek BJT sa prevádzkové limity vzťahujú na operačnú oblasť nad jej charakteristikami, ktoré naznačujú jej maximálny prípustný rozsah a bod, v ktorom môže tranzistor pracovať s minimálnym skreslením.

Nasledujúci obrázok ukazuje, ako je to definované pre charakteristiky BJT.

Tieto prevádzkové limity nájdete tiež na všetkých údajových listoch tranzistorov.

Niektoré z týchto limitov činnosti sú ľahko pochopiteľné, napríklad vieme, aký je maximálny kolektorový prúd (označovaný ako nepretržitý prúd kolektora v údajových listoch) a maximálne napätie kolektora k emitoru (zvyčajne skratkou V Generálny riaditeľ v údajových listoch).

Pre príklad BJT demonštrovaný vo vyššie uvedenom grafe nájdeme I C (max.) je špecifikované ako 50 mA a V Generálny riaditeľ ako 20 V.

Nakreslená zvislá čiara je označená ako V ES (obec) na charakteristike vykazuje minimálne V TOTO ktoré je možné implementovať bez prekročenia nelineárnej oblasti označenej názvom „oblasť nasýtenia“.

V ES (obec) špecifikované pre BJT je normálne okolo 0,3V.

Najvyššia možná úroveň rozptýlenia sa počíta pomocou tohto vzorca:

Na vyššie uvedenom charakteristickom obrázku je predpokladaná disipácia kolektorového výkonu BJT uvedená ako 300 mW.

Otázkou teraz je, aká je metóda, prostredníctvom ktorej môžeme vykresliť krivku rozptylu kolektorovej sily, definovanú nasledujúcimi špecifikáciami:

JE

To znamená, že produkt V TOTO a ja C. sa musí rovnať 300 mW, v ktoromkoľvek okamihu charakteristík.

Ak predpokladám, že ja C. má maximálnu hodnotu 50mA, dosadením do vyššie uvedenej rovnice získate nasledujúce výsledky:

Vyššie uvedené výsledky nám hovoria, že ak C. = 50 mA, potom V TOTO bude 6 V na krivke rozptýlenia výkonu, ako je dokázané na obrázku 3.22.

Teraz, ak vyberieme V TOTO s najvyššou hodnotou 20V, potom I C. úroveň bude odhadovaná nižšie:

Týmto sa ustanovuje druhý bod nad výkonovou krivkou.

Teraz, keď vyberieme úroveň I. C. okolo stredu, povedzme pri 25mA, a aplikujte ho na výslednú úroveň V TOTO , potom dostaneme nasledujúce riešenie:

To isté dokazuje aj obrázok 3.22.

3 vysvetlené body je možné efektívne použiť na získanie približnej hodnoty skutočnej krivky. Niet pochýb o tom, že pre odhad môžeme použiť viac bodov a získať ešte lepšiu presnosť, napriek tomu je aproximácia pre väčšinu aplikácií postačujúca.

Oblasť, ktorá je vidieť pod I C. = Ja Generálny riaditeľ sa nazýva odrezaný región . Tento región sa nesmie dosiahnuť, aby sa zabezpečilo fungovanie BJT bez skreslenia.

Odkaz na technický list

Uvidíte veľa údajových listov, ktoré poskytujú iba I CBO hodnotu. V takýchto situáciách môžeme použiť vzorec

Ja Generálny riaditeľ = βI CBO. To nám pomôže získať približné porozumenie týkajúce sa medznej úrovne pri absencii charakteristických kriviek.

V prípadoch, keď nemôžete získať prístup k charakteristickým krivkám z daného údajového listu, môže byť nevyhnutné potvrdiť, že hodnoty I C, V. TOTO a ich súčin V TOTO x ja C. zostať v rozmedzí uvedenom v nasledujúcom texte Rovnica 3.17.

Zhrnutie

Spoločný kolektor je medzi ostatnými tromi základnými dobre známymi konfiguráciami tranzistorov (BJT) a používa sa vždy, keď sa vyžaduje, aby bol tranzistor v režime vyrovnávacej pamäte alebo ako napäťová vyrovnávacia pamäť.

Ako pripojiť spoločný kolektorový zosilňovač

V tejto konfigurácii je základňa tranzistora zapojená na príjem vstupného spúšťacieho zdroja, ako výstup je pripojené vedenie emitora a kolektor je pripojený k kladnému napájaciemu zdroju, takže kolektor sa stáva spoločnou svorkou cez napájací zdroj základne. Vbb a skutočné kladné napájanie Vdd.

Toto spoločné spojenie mu dáva meno ako spoločný zberateľ.

Spoločná konfigurácia kolektora BJT sa tiež nazýva obvod sledovača emitora z jednoduchého dôvodu, že napätie emitora sleduje základné napätie s ohľadom na zem, čo znamená, že prívod emitora iniciuje napätie iba vtedy, keď je základné napätie schopné prekročiť 0,6 V známka.

Preto, ak je napríklad základné napätie 6 V, potom bude napätie vysielača 5,4 V, pretože vysielač musí zabezpečiť pokles alebo zvýšenie základného napätia o 0,6 V, aby sa umožnilo vedeniu tranzistora, a teda sledovač mena.

Zjednodušene povedané, napätie emitora bude vždy menšie o faktor okolo 0,6 V ako základné napätie, pretože pokiaľ nie je zachovaný tento predpínací pokles, tranzistor nikdy nebude viesť. Čo zase znamená, že sa na termináli emitora nemôže objaviť žiadne napätie, preto napätie emitora neustále sleduje základné napätie a prispôsobuje sa rozdielom okolo -0,6V.

Ako funguje vysielač žiariča

Predpokladajme, že použijeme 0,6V na základňu BJT v spoločnom kolektorovom obvode. To bude produkovať nulové napätie na emitori, pretože tranzistor jednoducho nie je úplne vo vodivom stave.

Teraz predpokladajme, že sa toto napätie pomaly zvyšuje na 1 V, čo môže umožniť vedeniu vysielača produkovať napätie, ktoré môže byť okolo 0,4 V, podobne ako sa toto základné napätie zvýši na 1,6 V, bude vysielač sledovať až okolo 1 V ... . to ukazuje, ako vysielač stále sleduje základňu s rozdielom okolo 0,6 V, čo je typická alebo optimálna úroveň predpätia pre akýkoľvek BJT.

Spoločný tranzistorový obvod kolektora bude vykazovať jednotné zosilnenie napätia, čo znamená, že zosilnenie napätia pre túto konfiguráciu nie je príliš pôsobivé, skôr len na úrovni vstupu.

Matematicky možno vyššie uvedené vyjadriť ako:

Verzia PNP obvodu sledovača emitora, všetky polarity sú obrátené.

Aj tá najmenšia z odchýlok napätia na základni spoločného kolektorového tranzistora je duplikovaná cez vedenie emitora, čo do istej miery závisí od zisku (Hfe) tranzistora a odporu pripojenej záťaže.

Hlavnou výhodou tohto obvodu je jeho vlastnosť vysokej vstupnej impedancie, ktorá umožňuje obvodu efektívne pracovať bez ohľadu na vstupný prúd alebo odpor záťaže, čo znamená, že aj veľké záťaže je možné efektívne prevádzkovať so vstupmi s minimálnym prúdom.

Preto sa ako vyrovnávacia pamäť používa spoločný kolektor, čo znamená fázu, ktorá efektívne integruje operácie s vysokým zaťažením z relatívne slabého zdroja prúdu (napríklad zdroj TTL alebo Arduino).

Vysoká vstupná impedancia je vyjadrená vzorcom:

a malá výstupná impedancia, takže môže riadiť záťaže s nízkym odporom:

Prakticky vidno, že emitorový odpor môže byť podstatne väčší, a preto ho možno ignorovať vo vyššie uvedenom vzorci, ktorý nám nakoniec dáva vzťah:

Aktuálny zisk

Zisk prúdu pre konfiguráciu bežného kolektorového tranzistora je vysoký, pretože kolektor, ktorý je priamo spojený s kladným vedením, je schopný prenášať celé požadované množstvo prúdu na pripojenú záťaž cez vedenie emitora.

Preto, ak ste zvedaví, koľko prúdu by mohol sledovač emitoru poskytnúť záťaži, buďte si istí, že to nebude problém, pretože záťaž bude vždy poháňaná optimálnym prúdom z tejto konfigurácie.

Príklad obvodov aplikácie pre spoločný kolektor BJT

Niektoré z klasických príkladov aplikačných obvodov sledovača emitorov alebo bežných kolektorových tranzistorov sú uvedené v nasledujúcich príkladoch.

Obvod napájacieho zdroja s premenlivým napätím 100 amp

Obvod nabíjačky mobilných telefónov na jednosmerný prúd pomocou jediného tranzistora

Obvod nabíjačky vysokoprúdovej batérie s jedným tranzistorom