Усилитель с общим коллектором BJT - это схема, в которой коллектор и база BJT используют общий входной источник питания, отсюда и название общий коллектор.

В наших предыдущих статьях мы изучили две другие конфигурации транзисторов, а именно: общая база и общий эмиттер .

“разница между усилителем класса a и класса b ”

В этой статье мы обсудим третий и последний дизайн, который называется конфигурация с общим коллектором или, альтернативно, также известно эмиттер-повторитель.

Изображение этой конфигурации показано ниже с использованием стандартных обозначений направления тока и напряжения:

конфигурация с общим коллектором со стандартными обозначениями направления тока и напряжения

Основная особенность усилителя с общим коллектором

Основной особенностью и целью использования конфигурации общего коллектора BJT является согласование импеданса .

Это связано с тем, что эта конфигурация обладает высоким входным сопротивлением и низким выходным сопротивлением.

Эта функция фактически противоположна двум другим аналогам конфигураций с общим основанием и общим эмиттером.

Как работает общий коллекторный усилитель

Из рисунка выше мы можем видеть, что здесь нагрузка подключена к эмиттерному выводу транзистора, а коллектор подключен к общей ссылке относительно базы (входа).

Это означает, что коллектор является общим как для входной, так и для выходной нагрузки. Другими словами, питание, поступающее на базу, и коллектор имеют общую полярность. Здесь база становится входом, а эмиттер становится выходом.

Было бы интересно отметить, что, хотя конфигурация похожа на нашу предыдущую конфигурацию с общим эмиттером, можно увидеть, что коллектор присоединен к «Общему источнику».

Что касается конструктивных особенностей, нам не нужно включать набор общих характеристик коллектора для определения параметров схемы.

Для всех практических реализаций выходные характеристики конфигурации с общим коллектором будут такими же, как и для схемы с общим эмиттером.

Therfeore, мы можем просто спроектировать его, используя характеристики, используемые для сеть с общим эмиттером .

Для каждой конфигурации с общим коллектором выходные характеристики строятся с применением I ЯВЛЯЕТСЯ против V EC для имеющихся я B диапазон значений.

Это означает, что и общий эмиттер, и общий коллектор имеют одинаковые значения входного тока.

Чтобы получить горизонтальную ось для общего коллектора, нам просто нужно изменить полярность напряжения коллектор-эмиттер в характеристиках общего эмиттера.

Наконец, вы увидите, что вертикальная шкала излучателя с общим эмиттером почти не отличается. C , если это поменять местами на I ЯВЛЯЕТСЯ в характеристиках общего коллектора, (т.к. ∝ ∝ 1).

При проектировании входной стороны мы можем применить базовые характеристики с общим эмиттером, чтобы получить необходимые данные.

Пределы эксплуатации

Для любого BJT пределы работы относятся к рабочей области, превышающей его характеристики, которые указывают его максимально допустимый диапазон и точку, в которой транзистор может работать с минимальными искажениями.

На следующем изображении показано, как это определяется для характеристик BJT.

кривая, показывающая пределы работы в BJT

Вы также найдете эти пределы работы на всех листах данных транзисторов.

Некоторые из этих ограничений работы легко понять, например, мы знаем, каков максимальный ток коллектора (называемый непрерывный ток коллектора в таблицах) и максимальное напряжение коллектор-эмиттер (обычно сокращенно V Исполнительный директор в даташитах).

Для примера BJT, показанного на приведенном выше графике, мы находим I C (макс.) указано как 50 мА и В Исполнительный директор как 20 В.

Проведенная вертикальная линия обозначена буквой V EC (деревня) на характеристике показывает минимум V ЭТО который может быть реализован без пересечения нелинейной области, обозначенной названием «область насыщения».

V EC (деревня) для BJT обычно составляет около 0,3 В.

Максимально возможный уровень рассеивания рассчитывается по следующей формуле:

На приведенном выше характеристическом изображении предполагаемая рассеиваемая мощность коллектора БЮТ показана как 300 мВт.

Теперь вопрос в том, каким методом мы можем построить кривую рассеиваемой мощности коллектора, определяемую следующими спецификациями:

ЯВЛЯЕТСЯ

Отсюда следует, что произведение V ЭТО и я C должен быть равен 300 мВт в любой точке характеристики.

Если предположить, что я C имеет максимальное значение 50 мА, подставив его в вышеприведенное уравнение, мы получим следующие результаты:

Приведенные выше результаты говорят нам, что если я C = 50 мА, тогда V ЭТО будет составлять 6 В на кривой рассеяния мощности, как показано на рис. 3.22.

Теперь, если мы выберем V ЭТО с максимальным значением 20V, то I C уровень будет таким, как указано ниже:

Это устанавливает вторую точку на кривой мощности.

Теперь, если мы выберем уровень I C примерно посередине, скажем, при 25 мА, и примените его к результирующему уровню V ЭТО , то получаем следующее решение:

То же самое подтверждается и на рис. 3.22.

Объясненные 3 точки могут быть эффективно применены для получения приблизительного значения фактической кривой. Несомненно, мы можем использовать большее количество точек для оценки и получить еще лучшую точность, тем не менее, приблизительного значения будет достаточно для большинства приложений.

Область, которую можно увидеть ниже I C = Я Исполнительный директор называется зона отсечения . Эта область не должна достигаться, чтобы гарантировать работу BJT без искажений.

Справочная таблица данных

Вы увидите много таблиц с только I CBO ценить. В таких ситуациях мы можем применить формулу

я Генеральный директор = βI CBO. Это поможет нам получить приблизительное представление об уровне отсечки при отсутствии характеристических кривых.

В тех случаях, когда вы не можете получить доступ к характеристическим кривым из данной таблицы, вам может быть необходимо подтвердить, что значения I C, V ЭТО , а их произведение V ЭТО х я C оставаться в пределах диапазона, указанного в следующем Уравнение 3.17.

Резюме

Общий коллектор - это хорошо известная конфигурация транзистора (BJT) среди трех других базовых, и используется всякий раз, когда транзистор должен находиться в буферном режиме или в качестве буфера напряжения.

Как подключить усилитель с общим коллектором

В этой конфигурации база транзистора подключена для приема входного источника питания триггера, вывод эмиттера подключен как выход, а коллектор подключен к положительному источнику питания, так что коллектор становится общей клеммой через источник питания триггера базы. Vbb и фактическое положительное напряжение питания Vdd.

Это общее соединение дает ему название общего коллектора.

Конфигурация BJT с общим коллектором также называется схемой эмиттерного повторителя по той простой причине, что напряжение эмиттера следует за базовым напряжением относительно земли, то есть вывод эмиттера инициирует напряжение только тогда, когда базовое напряжение может пересекать 0,6 В. отметка.

Следовательно, если, например, базовое напряжение составляет 6 В, тогда напряжение эмиттера будет 5,4 В, потому что эмиттер должен обеспечить падение 0,6 В или усилие на базовое напряжение, чтобы транзистор мог проводить ток, и отсюда и название повторителя эмиттера.

Проще говоря, напряжение эмиттера всегда будет примерно примерно на 0,6 В меньше, чем напряжение базы, потому что, если это падение смещения не поддерживается, транзистор никогда не будет проводить. Это, в свою очередь, означает, что на выводе эмиттера не может появиться напряжение, поэтому напряжение эмиттера постоянно следует за базовым напряжением, которое само регулируется с разницей около -0,6 В.

Как работает эмиттер-повторитель

Предположим, мы подаем 0,6 В на базу BJT в цепи общего коллектора. Это приведет к нулевому напряжению на эмиттере, потому что транзистор не полностью находится в проводящем состоянии.

Теперь предположим, что это напряжение медленно увеличивается до 1 В, это может позволить эмиттерному выводу создавать напряжение, которое может составлять около 0,4 В, аналогично тому, как это базовое напряжение увеличивается до 1,6 В, эмиттер будет следовать примерно до 1 В. Это показывает, как эмиттер продолжает следовать за базой с разницей около 0,6 В, что является типичным или оптимальным уровнем смещения для любого BJT.

Схема транзистора с общим коллектором будет демонстрировать единичное усиление по напряжению, что означает, что усиление по напряжению для этой конфигурации не слишком впечатляющее, скорее, такое же, как на входе.

Математически это можно выразить как:

${A_mathrm {v}} = {v_mathrm {out} больше v_mathrm {in}} примерно 1$

Версия PNP схемы эмиттерного повторителя, все полярности поменяны местами.

Даже самые маленькие отклонения напряжения на базе транзистора с общим коллектором дублируются на выводе эмиттера, что в некоторой степени зависит от коэффициента усиления (Hfe) транзистора и сопротивления подключенной нагрузки).

Основным преимуществом этой схемы является ее высокий входной импеданс, который позволяет схеме работать эффективно независимо от входного тока или сопротивления нагрузки, что означает, что даже огромные нагрузки могут эффективно работать с входами с минимальным током.

Вот почему общий коллектор используется в качестве буфера, что означает этап, который эффективно объединяет операции с высокой нагрузкой от относительно слабого источника тока (например, источника TTL или Arduino).

Высокое входное сопротивление выражается формулой:

$r_mathrm {in} приблизительно beta_0 R_mathrm {E}$

и малый выходной импеданс, поэтому он может работать с низкоомными нагрузками:

$r_mathrm {out} приблизительно {R_mathrm {E}} | {R_mathrm {source} более beta_0}$

На практике видно, что эмиттерный резистор может быть значительно больше, и поэтому его можно игнорировать в приведенной выше формуле, которая в конечном итоге дает нам соотношение:

$r_mathrm {out} примерно на {R_mathrm {source} по сравнению с beta_0}$

Текущая прибыль

Коэффициент усиления по току для конфигурации транзистора с общим коллектором высокий, потому что коллектор, напрямую соединенный с положительной линией, может пропускать полное требуемое количество тока на подключенную нагрузку через вывод эмиттера.

Поэтому, если вам интересно, какой ток эмиттерный повторитель может обеспечить нагрузке, будьте уверены, что это не будет проблемой, поскольку нагрузка всегда будет управляться оптимальным током из этой конфигурации.