Общ колектор на транзистори

Усилвател за общ колектор BJT е схема, в която колекторът и основата на BJT споделят общо входно захранване, откъдето идва и името общ колектор.

В предишните ни статии научихме другите две транзисторни конфигурации, а именно обща база и общ излъчвател .

В тази статия ние обсъждаме третия и окончателния дизайн, който се нарича конфигурация на общ колектор или алтернативно също е известно излъчвател-последовател.

Изображението на тази конфигурация е показано по-долу, като се използват стандартните посоки на текущия поток и нотации на напрежението:

Основна характеристика на усилвателя с общ колектор

Основната характеристика и целта на използването на обща конфигурация на колектор BJT е импедансно съвпадение .

Това се дължи на факта, че тази конфигурация притежава висок входен импеданс и нисък изходен импеданс.

Тази функция всъщност е противоположна на другите два колеги конфигурации с обща база и общ излъчвател.

Как работи Common Collector Amplifier

От фигурата по-горе можем да видим, че товарът тук е прикрепен с емитерния щифт на транзистора и колекторът е свързан към обща референция по отношение на основата (входа).

Това означава, че колекторът е общ както за входното, така и за изходното натоварване. С други думи, захранването, идващо към основата и колектора, споделят общата полярност. Тук основата става вход, а излъчвателят - изход.

Би било интересно да се отбележи, че въпреки че конфигурацията наподобява нашата предишна конфигурация на общ емитер, колекторът може да се види приложен с „Общ източник“.

По отношение на конструктивните характеристики, не е необходимо да включваме набора от общи характеристики на колектора за установяване на параметрите на веригата.

За всички практически реализации, изходните характеристики на конфигурацията на общ колектор ще бъдат точни, както се приписват на общия излъчвател

Therfeore, можем просто да го проектираме, като използваме характеристиките, използвани за мрежа с общ емитер .

За всяка конфигурация на общ колектор, изходните характеристики се начертават чрез прилагане на I Е срещу V ЕО за наличните I Б. диапазон от стойности.

Това предполага, че и общият емитер, и общият колектор имат идентични стойности на входния ток.

За да постигнем хоризонталната ос за общ колектор, просто трябва да променим полярността на напрежението колектор-емитер в характеристиките на общ емитер.

И накрая, ще видите, че едва ли има някаква разлика във вертикалната скала на общ излъчвател I ° С , ако това е разменено с I Е в общи колекторни характеристики, (тъй като ∝ ≅ 1).

Докато проектираме входната страна, можем да приложим базовите характеристики на общия емитер, за да постигнем основните данни.

Граници на експлоатация

За всеки BJT границите на експлоатация се отнасят до оперативния регион над неговите характеристики, които показват неговия максимален допустим обхват и точката, в която транзисторът може да работи с минимални изкривявания.

Следващото изображение показва как това се определя за характеристиките на BJT.

Също така ще намерите тези граници на работа във всички таблици с данни за транзистори.

Няколко от тези граници на работа са лесно разбираеми, например знаем какъв е максималният ток на колектора (наричан като непрекъснато ток на колектора в таблиците с данни) и максимално напрежение колектор-емитер (обикновено съкратено като V изпълнителен директор в таблици с данни).

За примерния BJT, демонстриран в горната графика, намираме I C (макс.) се определя като 50 mA и V изпълнителен директор като 20 V.

Начертаната вертикална линия е означена като V EC (село) върху характеристиката, показва минималния V ТОВА което може да бъде изпълнено без пресичане на нелинейната област, обозначена с наименованието „зона на насищане“.

V EC (село) определено за BJTs обикновено е около 0.3V.

Най-високото възможно ниво на разсейване се изчислява по следната формула:

В горното характерно изображение, предполагаемото разсейване на мощността на колектора на BJT е показано като 300mW.

Сега въпросът е какъв е методът, чрез който можем да начертаем кривата за разсейване на мощността на колектора, дефинирана от следните спецификации:

Е

Това предполага, че произведението на V ТОВА и аз ° С трябва да бъде равна на 300mW, във всяка точка от характеристиките.

Ако предположим, че аз ° С има максимална стойност от 50 mA, като заместването на това в горното уравнение ни дава следните резултати:

Горните резултати ни казват, че ако аз ° С = 50mA, след това V ТОВА ще бъде 6V на кривата на разсейване на мощността, както е показано на фиг. 3.22.

Сега, ако изберете V ТОВА с най-висока стойност 20V, след това I ° С нивото ще бъде както е оценено по-долу:

Това установява втората точка над кривата на мощността.

Сега, ако изберем ниво на I ° С около средата, да кажем при 25mA, и да го приложим на полученото ниво на V ТОВА , тогава получаваме следното решение:

Същото е доказано и на фигура 3.22.

Обяснените 3 точки могат да бъдат ефективно приложени за получаване на приблизителна стойност на действителната крива. Без съмнение можем да използваме повече точки за оценката и да постигнем още по-добра точност, въпреки това приблизителното става точно достатъчно за повечето приложения.

Областта, която може да се види под I ° С = Аз изпълнителен директор се нарича отсечен регион . Този регион не трябва да бъде достигнат, за да се гарантира работата на BJT без изкривяване.

Справка с листа с данни

Ще видите много таблици с данни, предоставящи само I CBO стойност. В такива ситуации можем да приложим формулата

Аз Главен изпълнителен директор = βI CBO. Това ще ни помогне да получим приблизително разбиране относно нивото на границата при липса на характерните криви.

В случаите, когато не можете да получите достъп до характеристичните криви от даден лист с данни, може да е наложително да потвърдите, че стойностите на I ° С, V ТОВА , и техният продукт V ТОВА x I ° С останете в рамките на диапазона, както е посочено по-долу Уравнение 3.17.

Обобщение

Общият колектор е добре известна конфигурация на транзистора (BJT) сред останалите три основни и се използва винаги, когато транзисторът трябва да бъде в буферен режим или като буфер за напрежение.

Как да свържете общ колекционен усилвател

В тази конфигурация основата на транзистора е свързана за приемане на входно захранване, емитерният проводник е свързан като изход, а колекторът е свързан с положителното захранване, така че колекторът се превръща в общ терминал през базовото захранване на спусъка Vbb и действителното Vdd положително предлагане.

Тази обща връзка му дава името като общ колектор.

Общата конфигурация на колектора BJT се нарича още верига на последовател на излъчвателя поради простата причина, че напрежението на излъчвателя следва базовото напрежение по отношение на земята, което означава, че изводът на излъчвателя инициира напрежение само когато базовото напрежение е в състояние да пресече 0.6V марка.

Следователно, ако например базовото напрежение е 6V, тогава напрежението на излъчвателя ще бъде 5.4V, тъй като излъчвателят трябва да осигури спад от 0.6V или лост на базовото напрежение, за да може транзисторът да проведе, а оттам и името на последователя на излъчвателя.

С прости думи, напрежението на излъчвателя винаги ще бъде по-малко с коефициент около 0.6V от базовото напрежение, тъй като освен ако този отклонителен спад не се запази, транзисторът никога няма да проведе. Което от своя страна означава, че на клемата на емитера не може да се появи напрежение, следователно емитерното напрежение постоянно следва базовото напрежение, регулирайки се с разлика около -0,6V.

Как работи Emitter Follower

Да приемем, че прилагаме 0.6V в основата на BJT в обща колекторна верига. Това ще доведе до нулево напрежение в излъчвателя, тъй като транзисторът просто не е напълно в проводящо състояние.

Сега, да предположим, че това напрежение бавно се увеличава до 1V, това може да позволи на емитерното олово да произведе напрежение, което може да бъде около 0,4V, подобно на това базово напрежение, увеличено до 1,6V, ще направи емитера да следва до около 1V ... Това показва как излъчвателят продължава да следва основата с разлика около 0,6 V, което е типичното или оптималното ниво на отклонение за всеки BJT.

Обща колекторна транзисторна схема ще покаже усилване на напрежението в единство, което означава, че усилването на напрежението за тази конфигурация не е твърде впечатляващо, а по-скоро наравно с входа.

Математически горното може да се изрази като:

PNP версия на веригата на излъчвателя, всички полярности са обърнати.

Дори най-малкото отклонение на напрежението в основата на общ колекторен транзистор се дублира през извода на излъчвателя, което до известна степен зависи от усилването (Hfe) на транзистора и съпротивлението на прикачения товар).

Основното предимство на тази схема е нейната висока характеристика на входния импеданс, която позволява на веригата да работи ефективно, независимо от входния ток или съпротивлението на натоварването, което означава, че дори огромни товари могат да се управляват ефективно с входове с минимален ток.

Ето защо като буфер се използва общ колектор, което означава етап, който ефективно интегрира операции с голямо натоварване от относително слаб източник на ток (например източник TTL или Arduino)

Високият входен импеданс се изразява с формулата:

и малкият изходен импеданс, така че може да управлява натоварвания с ниско съпротивление:

На практика виждайки, емитерният резистор може да бъде значително по-голям и следователно може да бъде игнориран в горната формула, която накрая ни дава връзката:

Текущо усилване

Коефициентът на ток за обща конфигурация на колекторния транзистор е висок, тъй като колекторът, който е директно свързан с положителната линия, е в състояние да предаде пълното необходимо количество ток към прикачения товар през извода на емитер

Следователно, ако се чудите колко ток може да осигури последовател на излъчвателя към товара, бъдете сигурни, че това няма да е проблем, тъй като товарът винаги ще се задвижва с оптимален ток от тази конфигурация.

Примерни схеми за приложение за общ колектор BJT

Някои от класическите примери за схеми за прилагане на излъчвател или общ колектор за транзистори могат да се видят в следващите примери.

100 ампер верига за променливо напрежение

Верига за зарядно устройство за постоянен ток с един транзистор

Единична транзисторна схема на зарядно устройство с висока ток