Tranzisztor közös gyűjtő

A BJT közös kollektorerősítő olyan áramkör, amelyben a kollektor és a BJT alapja közös bemeneti tápegységgel rendelkezik, ezért a közös gyűjtő neve.

Korábbi cikkeinkben megtanultuk a másik két tranzisztor konfigurációt, mégpedig a közös alap és a közönséges-kibocsátó .

Ebben a cikkben a harmadik és a végső tervezetet tárgyaljuk, amelyet az common-collector konfiguráció vagy alternatív megoldásként az is ismert kibocsátó-követő.

Ennek a konfigurációnak a képe az alábbiakban látható a szokásos áramlási irányok és feszültségjelzések segítségével:

A közös gyűjtőerősítő fő jellemzője

A BJT közös gyűjtőkonfiguráció használatának fő jellemzője és célja impedancia-illesztés .

Ez annak a ténynek köszönhető, hogy ez a konfiguráció magas bemeneti impedanciával és alacsony kimeneti impedanciával rendelkezik.

Ez a tulajdonság tulajdonképpen ellentétes a másik két megfelelővel, amelyek közösen alapozzák a közös-emitteres konfigurációkat.

Hogyan működik a közös gyűjtőerősítő

A fenti ábrából láthatjuk, hogy a terhelés itt a tranzisztor emittercsapjával van rögzítve, és a kollektor egy közös referenciához van csatlakoztatva az alap (bemenet) vonatkozásában.

Ez azt jelenti, hogy a kollektor mind a bemeneti, mind a kimeneti terhelésnél közös. Más szavakkal, a bázisra érkező ellátás és a gyűjtő egyaránt megosztja a közös polaritást. Itt az alap lesz a bemenet, az emitter pedig a kimenet.

Érdekes lenne megjegyezni, hogy bár a konfiguráció hasonlít a korábbi közös-emitteres konfigurációnkra, a kollektor látható a „Common Source” -hez csatolva.

Ami a tervezési jellemzőket illeti, nem kell beépítenünk a kollektor közös jellemzőinek készletét az áramkör paramétereinek meghatározásához.

Minden gyakorlati megvalósítás esetén a közös kollektor konfiguráció kimeneti jellemzői pontosan megegyeznek a közös emitterhez rendelt értékekkel

Ezért egyszerűen megtervezhetjük a közös kibocsátó hálózat .

Minden közös gyűjtő konfiguráció esetén a kimeneti jellemzőket az I alkalmazásával ábrázoljuk IS vs V. EC a rendelkezésre álló I B értéktartomány.

Ez azt jelenti, hogy a közös emitter és a közös kollektor egyaránt azonos bemeneti áramértékekkel rendelkezik.

A közös kollektor vízszintes tengelyének eléréséhez csak meg kell változtatnunk a kollektor-emitter feszültségének polaritását a közös emitter jellemzőiben.

Végül látni fogja, hogy alig van különbség a közös I-kibocsátó függőleges skálájában C , ha ezt felcseréljük I-vel IS közös gyűjtő jellemzőkben, (mivel ∝ ≅ 1).

A bemeneti oldal megtervezése során alkalmazhatjuk a közös-emitteres alapjellemzőket az alapvető adatok elérése érdekében.

A működés korlátai

Bármely BJT esetében a működési határok a működési régióra vonatkoznak a jellemzői felett, amelyek jelzik a maximálisan tolerálható tartományt és azt a pontot, ahol a tranzisztor a legkisebb torzítással képes működni.

A következő kép bemutatja, hogy ez hogyan definiálható a BJT jellemzőire.

Ezeket a működési korlátokat megtalálja az összes tranzisztoros adatlapon is.

Néhány ilyen működési korlát könnyen érthető, például tudjuk, hogy mi a maximális kollektoráram (a továbbiakban: folyamatos kollektor áram az adatlapokban), és a kollektor-emitter maximális feszültsége (tipikusan V Vezérigazgató adatlapokban).

A fenti grafikonon bemutatott BJT példához az I-t találjuk C (max) értéke 50 mA és V Vezérigazgató mint 20 V.

A V-vel jelölt függőleges vonal EC (falu) a jellemzőn a minimális V értéket mutatja EZ amely a nem-lineáris régió keresztezése nélkül valósítható meg, amelyet a „telítettségi régió” nevével jelölünk.

A v EC (falu) A BJT-khez megadott érték általában 0,3 V körül van.

A lehető legnagyobb szóródási szintet a következő képlet segítségével számítják ki:

A fenti jellegzetes képen a feltételezett BJT kollektor teljesítmény-disszipációja 300 mW-ként jelenik meg.

Most az a kérdés, hogy milyen módszerrel ábrázolhatjuk a kollektor teljesítményeloszlásának görbéjét, amelyet a következő specifikációk határoznak meg:

IS

Ez azt jelenti, hogy a V szorzata EZ és én C a jellemzők bármely pontján 300 mW-nak kell lennie.

Ha feltételezem, hogy én C maximális értéke 50mA, ennek felvétele a fenti egyenletbe a következő eredményeket adja:

A fenti eredmények azt mondják, hogy ha én C = 50mA, akkor V EZ 6 V lesz az energiaeloszlási görbén, amint azt a 3.22. ábra bizonyítja.

Most ha V-t választjuk EZ a legnagyobb 20V értékkel, akkor az I C szintet az alábbiak szerint becsüljük meg:

Ez létrehozza a teljesítménygörbe második pontját.

Most, ha kiválasztjuk az I szintjét C mondjuk 25 mA-nél, és alkalmazzuk a kapott V szintre EZ , akkor a következő megoldást kapjuk:

Ugyanezt bizonyítja a 3.22. Ábra is.

A kifejtett 3 pont hatékonyan alkalmazható a tényleges görbe hozzávetőleges értékének megszerzéséhez. Kétségtelen, hogy több pontot használhatunk fel a becsléshez, és még jobb pontosságot érhetünk el, ennek ellenére a hozzávetőleges érték elegendő a legtöbb alkalmazáshoz.

Az I alatt látható terület C = I Vezérigazgató az úgynevezett levágási régió . Ezt a régiót nem szabad elérni a BJT torzulásoktól mentes működésének biztosítása érdekében.

Adatlap hivatkozás

Sok olyan adatlapot fog látni, amelyek csak az I-t adják meg CBO érték. Ilyen helyzetekben alkalmazhatjuk a képletet

én Vezérigazgató = βI CBO. Ez segít abban, hogy a jellemző görbék hiányában hozzávetőlegesen megértsük a határértéket.

Azokban az esetekben, amikor egy adott adatlapból nem tud hozzáférni a jelleggörbékhez, feltétlenül meg kell erősítenie, hogy az I C, V EZ és termékük V. EZ x I C az alábbiakban meghatározott tartományon belül maradnak Eq 3,17.

Összegzés

A közös kollektor egy jól ismert tranzisztor (BJT) konfiguráció a másik három alap közül, és akkor használják, amikor egy tranzisztornak puffer módban kell lennie, vagy feszültség pufferként.

Hogyan csatlakoztassuk a közös gyűjtőerősítőt

Ebben a konfigurációban a tranzisztor bázisa van bekötve a bemeneti kiváltó tápegység fogadására, az emitter vezeték csatlakozik kimenetként, és a kollektor fel van kötve a pozitív tápellátással, így a kollektor közös terminál lesz az alap kiváltó tápegységen keresztül Vbb és a tényleges Vdd pozitív ellátás.

Ez a közös kapcsolat közös gyűjtőként adja neki a nevet.

A közös kollektoros BJT konfigurációt emitterkövető áramkörnek is nevezik annak az egyszerű oknak köszönhetően, hogy az emitterfeszültség a földre vonatkoztatva követi az alapfeszültséget, vagyis az emittervezeték csak akkor indít feszültséget, ha az alapfeszültség képes átlépni a 0,6 V-ot Mark.

Ezért, ha például az alapfeszültség 6 V, akkor az emitter feszültsége 5,4 V lesz, mert az emitternek 0,6 V esést vagy tőkeáttételt kell biztosítania az alapfeszültséghez, hogy lehetővé tegye a tranzisztor vezetését, és ezért az emitterkövető nevet.

Egyszerűbben fogalmazva: az emitter feszültsége mindig 0,6 V körüli tényezővel kisebb, mint az alapfeszültség, mert ha ezt az előfeszítő esést nem tartják fenn, a tranzisztor soha nem fog vezetni. Ami viszont azt jelenti, hogy az emitter terminálján nem jelenhet meg feszültség, ezért az emitter feszültsége folyamatosan követi az alapfeszültséget -0,6V körüli különbséggel.

Hogyan működik az Emitter-követő

Tegyük fel, hogy a BJT tövénél 0,6 V-ot alkalmazunk egy közös kollektor áramkörben. Ez nulla feszültséget eredményez az emitteren, mert a tranzisztor éppen nincs teljesen vezető állapotban.

Tegyük fel, hogy ez a feszültség lassan 1 V-ra növekszik, ez lehetővé teheti az emitter-vezeték számára, hogy 0,4 V körüli feszültséget termeljen, hasonlóan, mivel ezt az alapfeszültséget 1,6 V-ra növelik, az emitter 1 V körüli nyomon követésére készteti ... Ez megmutatja, hogy az emitter hogyan követi az alapot 0,6 V körüli különbséggel, ami bármely BJT tipikus vagy optimális előfeszítési szintje.

Egy közös kollektoros tranzisztor áramkör egységfeszültség-erősítést mutat, ami azt jelenti, hogy ennek a konfigurációnak a feszültségerősítése nem túl lenyűgöző, inkább csak a bemenettel egyenértékű.

Matematikailag a fentiek kifejezhetők:

Az emitterkövető áramkör PNP változata, az összes polaritás megfordul.

A közös kollektoros tranzisztor tövében a legkisebb feszültségeltérés is megismétlődik az emitter vezetékén, amely bizonyos mértékben függ a tranzisztor erősítésétől (Hfe) és a csatlakoztatott terhelés ellenállásától.

Ennek az áramkörnek a legfőbb előnye a magas bemeneti impedancia funkció, amely lehetővé teszi az áramkör hatékony működését a bemeneti áramerősségtől vagy a terhelési ellenállástól függetlenül, vagyis még hatalmas terheléseket is hatékonyan lehet működtetni minimális áramú bemenetekkel.

Ezért egy közös kollektort használnak pufferként, vagyis olyan fokozatot, amely hatékonyan integrálja a nagy terhelésű műveleteket egy viszonylag gyenge áramforrásból (például TTL vagy Arduino forrás)

A nagy bemeneti impedanciát a következő képlettel fejezzük ki:

és a kis kimeneti impedancia, így alacsony ellenállású terheléseket képes meghajtani:

Gyakorlatilag látva, az emitteres ellenállás lényegesen nagyobb lehet, ezért figyelmen kívül hagyható a fenti képletben, amely végül megadja nekünk a kapcsolatot:

Jelenlegi nyereség

Az áramerősítés egy közös kollektor tranzisztor konfigurációnál magas, mivel a kollektor, amely közvetlenül kapcsolódik a pozitív vezetékhez, képes az emitter vezetékén keresztül a teljes szükséges árammennyiséget átadni a csatlakoztatott terhelésnek.

Ezért ha arra kíváncsi, hogy egy kibocsátó követő mekkora áramot tudna biztosítani a terhelésnek, akkor biztos lehet benne, hogy ez nem lesz kérdés, mivel a terhelést mindig ebből a konfigurációból származó optimális áram vezérli.

Példa alkalmazási áramkörökre a BJT Common kollektorhoz

Az emitterkövető vagy a közös kollektoros tranzisztoros alkalmazási áramkörök klasszikus példái a következő példákban láthatók.

100 amperes változó feszültségű tápegység

DC mobiltelefon töltő áramkör egyetlen tranzisztor használatával

Egy tranzisztoros nagyáramú akkumulátor töltő áramkör