Схема усилителя с общим коллектором и ее применение

Усилитель представляет собой электронную схему, которая используется для усиления сигнала напряжения или тока. Входом для транзистора будет напряжение или ток, а на выходе - усиленная форма этого входного сигнала. Схема усилителя обычно состоит из одного или нескольких транзисторов и называется транзисторным усилителем. Транзистор (BJT, FET) является основным компонентом системы усилителя. В этой статье мы обсудим схему усилителя с общим коллектором.

Транзисторные усилители чаще всего используются в наших повседневных приложениях, таких как аудиоусилитель, радиочастота, аудиотюнеры, Оптоволоконная связь , так далее.

Основы работы транзисторного усилителя с общим коллектором / эмиттерным повторителем

Как мы обсуждали в предыдущей статье, есть три конфигурации транзисторов которые обычно используются для усиления сигнала, то есть общая база (CB), общий коллектор (CC) и общий эмиттер (CE).

Хорошие транзисторные усилители по существу имеют следующие параметры: высокий коэффициент усиления, высокое входное сопротивление, широкая полоса пропускания, высокая скорость нарастания, высокая линейность, высокий КПД, высокая стабильность и т. Д.

В конфигурации транзистора с общим коллектором мы используем клемму коллектора как общую для входных и выходных сигналов. Эта конфигурация также известна как конфигурация эмиттерного повторителя, поскольку напряжение эмиттера следует за напряжением базы. Конфигурация эмиттерного повторителя в основном используется как буфер напряжения. Эти конфигурации широко используются в приложениях для согласования импеданса из-за их высокого входного импеданса.

Усилители с общим коллектором имеют следующие конфигурации схем.

• Входной сигнал поступает на транзистор на клемме базы.
• Входной сигнал выходит из транзистора на выводе эмиттера.
• Коллектор подключен к постоянному напряжению, то есть к земле, иногда с помощью промежуточного резистора.

Простая схема усилителя с общим коллектором показана на рисунке ниже. Коллекторный резистор Rc не нужен во многих приложениях. Чтобы работать транзистор как усилитель , он должен находиться в активной области своей конфигурации.

Схема усилителя с общим коллектором или эмиттерного повторителя

Для этого мы устанавливаем точку покоя, которая должна быть установлена ​​с помощью схемы, внешней по отношению к транзистору, значения резисторов Rc и Rb, а также источники постоянного напряжения, Vcc и Vbb, выбраны соответственно.

После того, как условия покоя схемы были рассчитаны и было определено, что BJT находится в прямой активной области работы, h-параметры вычисляются ниже, чтобы сформировать модель транзистора с малым сигналом.

Характеристики транзисторного усилителя с общим коллектором

Нагрузочный резистор в усилителе с общим коллектором, включенный последовательно с эмиттерной схемой, принимает как ток базы, так и токи коллектора.

Поскольку эмиттер транзистора представляет собой сумму токов базы и коллектора, так как токи базы и коллектора всегда складываются вместе, образуя ток эмиттера, было бы разумно предположить, что этот усилитель будет иметь очень большое усиление по току.

Усилитель с общим коллектором имеет довольно большое усиление по току, большее, чем у любой другой конфигурации транзисторного усилителя. Характеристики усилителя CC, как указано ниже.

Теперь можно рассчитать характеристики схемы слабого сигнала. Общие характеристики схемы - это сумма характеристик в режиме покоя и в режиме слабого сигнала. Схема модели переменного тока показана ниже.

Моделирование переменного тока усилителя с общим коллектором

Текущая прибыль

Коэффициент усиления по току определяется как отношение тока нагрузки к входному току.

Ai = il / ib = -ie / ib

Из схемы h-параметра можно определить, что токи эмиттера и базы связаны через зависимый источник тока постоянной hfe + 1. Коэффициент усиления по току зависит только от характеристик BJT и не зависит от значений любых других элементов схемы. Его значение определяется как

Ai = hfe + 1

Входное сопротивление

Входное сопротивление определяется как

Этот результат идентичен результату для усилителя с общим эмиттером и эмиттерным резистором. Входное сопротивление усилителя с общим коллектором велико для типичных значений сопротивления нагрузки Re.

Усиление напряжения

Коэффициент усиления по напряжению - это отношение выходного напряжения к входному. Если снова принять входное напряжение как напряжение на входе транзистора, Vb.

Av = Vo / Vb

Av = (vo / il) (il / ib) (ib / vb)

Замена каждого термина эквивалентным выражением

Av = (Re) (Ai) (1 / Ri)

Вышеприведенное уравнение несколько меньше единицы. Приближенное уравнение коэффициента усиления по напряжению имеет вид

Общий прирост напряжения можно определить как

Avs = Vo / Vs

Это отношение может быть непосредственно получено из коэффициента усиления по напряжению Av и деления напряжения между сопротивлением источника Rs и входным сопротивлением усилителя Ri.

После подстановки соответствующих уравнений общий коэффициент усиления по напряжению определяется как

Avs = 1- (hie + Rb) / (Ri + Rb)

Выходное сопротивление

Выходное сопротивление определяется как сопротивление Тевенина на выходе усилителя, обращенное назад в усилитель. Схема, показанная ниже, эквивалентная схема переменного тока для расчета выходного сопротивления.

Эквивалентная цепь переменного тока выходного сопротивления усилителя с общим коллектором

Если на выходные клеммы подается напряжение v, то базовый ток оказывается равным

ib = -v / (Rb + hie)

Полный ток, протекающий в BJT, определяется выражением

я = -ib-hfe.ib

выходное сопротивление рассчитывается как

Ro = v / i = (Rb + hie) / (hfe + 1)

Выходное сопротивление транзисторного усилителя с общим коллектором обычно невелико.

Приложения

• Этот усилитель используется в качестве схемы согласования импеданса.
• Он используется как схема переключения.
• Высокий коэффициент усиления по току в сочетании с почти единичным коэффициентом усиления по напряжению делает эту схему отличным буфером напряжения.
• Он также используется для изоляции цепи.

В этой статье обсуждается работа схемы усилителя с общим эмиттером и ее применения. Прочитав приведенную выше информацию, вы получите представление об этой концепции.

Кроме того, любые вопросы относительно этой статьи или если вы хотите реализовать Электротехнические и электронные проекты для студентов инженерных специальностей , пожалуйста, оставляйте комментарии в разделе ниже. Вот вопрос к вам, каков коэффициент усиления по напряжению у усилителя с общим коллектором?