Transistor gemeenschappelijke collector

Een BJT gemeenschappelijke collectorversterker is een circuit waarin de collector en de basis van de BJT een gemeenschappelijke ingangsvoeding delen, vandaar de naam gemeenschappelijke collector.

In onze vorige artikelen hebben we de andere twee transistorconfiguraties geleerd, namelijk de common-base en de gemeenschappelijke emitter ​

In dit artikel bespreken we het derde en het uiteindelijke ontwerp dat de common-collector configuratie of als alternatief is het ook bekend zender-volger.

De afbeelding van deze configuratie wordt hieronder weergegeven met behulp van de standaard stroomrichtingen en spanningsnotaties:

Hoofdkenmerk van Common Collector Amplifier

Het belangrijkste kenmerk en het doel van het gebruik van een algemene BJT-collectorconfiguratie is impedantie-aanpassing ​

Dit komt door het feit dat deze configuratie een hoge ingangsimpedantie en een lage uitgangsimpedantie heeft.

Deze functie is eigenlijk het tegenovergestelde van de andere twee tegenhangers van common-base en common-emitter-configuraties.

Hoe Common Collector Amplifier werkt

Uit de bovenstaande figuur kunnen we zien dat de belasting hier is bevestigd met de emitterpin van de transistor en dat de collector is verbonden met een gemeenschappelijke referentie ten opzichte van de basis (ingang).

Dit betekent dat de collector gemeenschappelijk is voor zowel de invoer- als de uitvoerbelasting. Met andere woorden, de voeding die naar de basis komt en de collector hebben beide de gemeenschappelijke polariteit. Hier wordt de basis de input en de zender wordt de output.

Het zou interessant zijn om op te merken dat, hoewel de configuratie lijkt op onze vorige common-emitter-configuratie, de collector kan worden gezien als verbonden met de 'Common Source'.

Met betrekking tot de ontwerpkenmerken hoeven we niet de set gemeenschappelijke collectorkarakteristieken op te nemen om de circuitparameters vast te stellen.

Voor alle praktische implementaties zullen de uitvoerkarakteristieken van een common-collector-configuratie exact zijn zoals toegekend voor de common-emitter

Daarom kunnen we het eenvoudig ontwerpen door de kenmerken te gebruiken die voor de common-emitter-netwerk ​

Voor elke common-collector-configuratie worden de uitvoerkarakteristieken uitgezet door I toe te passen IS versus V EC voor de beschikbare I B. bereik van waarden.

Dit houdt in dat zowel de common-emitter als de common-collector identieke ingangsstroomwaarden hebben.

Om de horizontale as voor een common-collector te bereiken, hoeven we alleen de polariteit van de collector-emitterspanning in een common-emitter-karakteristiek te veranderen.

Ten slotte zul je zien dat er nauwelijks verschil is in de verticale schaal van een gemeenschappelijke emitter I C , als dit wordt uitgewisseld met I IS in kenmerken van een gemeenschappelijke verzamelaar, (sinds ∝ ≅ 1).

Bij het ontwerpen van de invoerzijde kunnen we de common-emitter-basiskenmerken toepassen om de essentiële gegevens te verkrijgen.

Beperkingen van de werking

Voor elke BJT verwijzen de werkingsgrenzen naar het operationele gebied over zijn kenmerken die het maximaal toelaatbare bereik aangeven en het punt waarop de transistor kan werken met minimale vervormingen.

De volgende afbeelding laat zien hoe dit wordt gedefinieerd voor BJT-kenmerken.

U vindt deze werkingsgrenzen ook op alle transistordatabladen.

Enkele van deze werkingsgrenzen zijn gemakkelijk te begrijpen, we weten bijvoorbeeld wat de maximale collectorstroom is (ook wel continu collectorstroom in datasheets), en maximale collector-naar-emitterspanning (meestal afgekort als V. Directeur in datasheets).

Voor het voorbeeld van BJT dat in de bovenstaande grafiek wordt gedemonstreerd, vinden we I C (max.) is gespecificeerd als 50 mA en V Directeur als 20 V.

De getekende verticale lijn werd aangegeven als V EC (dorp) op het kenmerk, vertoont de minimum V DIT die kan worden geïmplementeerd zonder het niet-lineaire gebied te overschrijden, aangegeven met de naam 'verzadigingsgebied'.

De V EC (dorp) gespecificeerd voor BJT's is normaal gesproken rond de 0,3V.

Het hoogst mogelijke dissipatieniveau wordt berekend met behulp van de volgende formule:

In de bovenstaande karakteristieke afbeelding wordt de veronderstelde vermogensdissipatie van de BJT weergegeven als 300mW.

Nu is de vraag, wat is de methode waarmee we de curve voor de vermogensdissipatie van de collector kunnen plotten, gedefinieerd door de volgende specificaties:

IS

Dit houdt in dat het product van V DIT en ik C moet gelijk zijn aan 300mW, op elk punt van de kenmerken.

Als ik veronderstel dat ik C heeft een maximale waarde van 50mA, als we dit in de bovenstaande vergelijking vervangen, krijgen we de volgende resultaten:

De bovenstaande resultaten vertellen ons dat als ik C = 50mA, dan V DIT 6V zal zijn op de vermogensdissipatiecurve, zoals bewezen in Fig 3.22.

Als we nu V kiezen DIT met de hoogste waarde van 20V, dan is de I. C niveau zal zijn zoals hieronder geschat:

Dit legt het tweede punt over de vermogenscurve vast.

Als we nu een niveau van I selecteren C halverwege, laten we zeggen bij 25mA, en het toepassen op het resulterende niveau van V DIT , dan krijgen we de volgende oplossing:

Hetzelfde wordt ook bewezen in figuur 3.22.

De drie toegelichte punten kunnen effectief worden toegepast om een ​​geschatte waarde van de werkelijke curve te krijgen. Ongetwijfeld kunnen we meer punten gebruiken voor de schatting en een nog betere nauwkeurigheid krijgen, maar een benadering wordt net genoeg voor de meeste toepassingen.

Het gebied dat hieronder te zien is I C = Ik Directeur heet de afgesneden regio ​Dit gebied mag niet worden bereikt om een ​​vervormingsvrije werking van de BJT te garanderen.

Datasheet-referentie

U zult veel datasheets zien die alleen de I CBO waarde. In dergelijke situaties kunnen we de formule toepassen

ik CEO = βI CBO. Dit zal ons helpen om een ​​benaderend begrip te krijgen van het afkapniveau bij afwezigheid van de karakteristieke curven.

In gevallen waarin u geen toegang kunt krijgen tot de karakteristieke curven van een bepaald gegevensblad, moet u wellicht bevestigen dat de waarden van I C, V. DIT , en hun product V DIT x ik C blijven binnen het bereik zoals gespecificeerd in het volgende Eq 3.17.

Overzicht

De gemeenschappelijke collector is een bekende transistorconfiguratie (BJT) onder de andere drie basisconfiguraties en wordt gebruikt wanneer een transistor in de buffermodus moet staan, of als een spanningsbuffer.

Een gemeenschappelijke collectorversterker aansluiten

In deze configuratie is de basis van de transistor bedraad voor het ontvangen van de ingangstriggervoeding, is de emitterkabel aangesloten als de uitgang en is de collector aangesloten op de positieve voeding, zodat de collector een gemeenschappelijke aansluiting wordt over de basistriggervoeding. Vbb en de daadwerkelijke Vdd-positieve toevoer.

Deze gemeenschappelijke verbinding geeft het de naam als gemeenschappelijke verzamelaar.

De gemeenschappelijke collector-BJT-configuratie wordt ook wel het emittervolgcircuit genoemd vanwege de eenvoudige reden dat de emitterspanning de basisspanning volgt met verwijzing naar de aarde, wat betekent dat de emitterkabel alleen een spanning initieert wanneer de basisspanning de 0,6V kan overschrijden Mark.

Dus als bijvoorbeeld de basisspanning 6V is, dan zal de emitterspanning 5,4V zijn, omdat de emitter een 0,6V daling of hefboomwerking moet geven aan de basisspanning om de transistor te laten geleiden, en vandaar de naam emittervolger.

In eenvoudige bewoordingen zal de emitterspanning altijd een factor van ongeveer 0,6V lager zijn dan de basisspanning, want tenzij deze voorspanningsval wordt gehandhaafd, zal de transistor nooit geleiden. Wat op zijn beurt betekent dat er geen spanning kan verschijnen op de emitterterminal, daarom volgt de emitterspanning constant de basisspanning die zichzelf aanpast met een verschil van ongeveer -0,6V.

Hoe de zendervolger werkt

Laten we aannemen dat we 0,6V toepassen aan de basis van een BJT in een gemeenschappelijk collectorcircuit. Dit levert een nulspanning op bij de emitter, omdat de transistor net niet volledig in geleidende toestand is.

Stel nu dat deze spanning langzaam wordt verhoogd tot 1V, dan kan de emitterleiding een spanning produceren die rond de 0,4V kan zijn, op dezelfde manier als deze basisspanning wordt verhoogd tot 1,6V, zal de zender volgen tot ongeveer 1V ... . dit laat zien hoe de zender de basis blijft volgen met een verschil van ongeveer 0,6V, wat het typische of optimale voorspanningsniveau is van elke BJT.

Een gemeenschappelijk collectortransistorcircuit zal een spanningsversterking van éénheid vertonen, wat betekent dat de spanningsversterking voor deze configuratie niet al te indrukwekkend is, maar gewoon op één lijn ligt met de ingang.

Wiskundig kan het bovenstaande worden uitgedrukt als:

PNP-versie van het emittervolgcircuit, alle polariteiten zijn omgekeerd.

Zelfs de kleinste spanningsafwijkingen aan de basis van een gemeenschappelijke collectortransistor worden gedupliceerd over de emitterleiding, die tot op zekere hoogte afhankelijk is van de versterking (Hfe) van de transistor en de weerstand van de aangesloten belasting).

Het belangrijkste voordeel van dit circuit is de hoge ingangsimpedantie, waardoor het circuit efficiënt kan werken, ongeacht de ingangsstroom of de belastingsweerstand, wat betekent dat zelfs enorme belastingen efficiënt kunnen worden bediend met ingangen met minimale stroom.

Daarom wordt een gemeenschappelijke collector gebruikt als buffer, dat wil zeggen een trap die bewerkingen met hoge belasting efficiënt integreert van een relatief zwakke stroombron (bijvoorbeeld een TTL- of Arduino-bron)

De hoge ingangsimpedantie wordt uitgedrukt met de formule:

en de kleine uitgangsimpedantie, zodat hij belastingen met lage weerstand kan aansturen:

Praktisch gezien zou de emitterweerstand aanzienlijk groter kunnen zijn en kan daarom worden genegeerd in de bovenstaande formule, die ons uiteindelijk de relatie geeft:

Huidige winst

De stroomversterking voor een gemeenschappelijke collectortransistorconfiguratie is hoog, omdat de collector die rechtstreeks is verbonden met de positieve lijn, in staat is om de volledige vereiste hoeveelheid stroom door te geven aan de aangesloten belasting via de emitterkabel.

Dus als u zich afvraagt ​​hoeveel stroom een ​​emittervolger zou kunnen leveren aan de belasting, kunt u er zeker van zijn dat dit geen probleem zal zijn, aangezien de belasting altijd wordt aangedreven met een optimale stroom van deze configuratie.

Voorbeeldtoepassingscircuits voor BJT Common-collector

Enkele van de klassieke voorbeelden van emittervolger- of gemeenschappelijke collectortransistortoepassingscircuits zijn te zien in de volgende voorbeelden.

Voedingscircuit van 100 ampère met variabele spanning

DC-oplader voor mobiele telefoons met behulp van een enkele transistor

Enkele transistor hoge stroom acculadercircuit