BJT společný kolektorový zesilovač je obvod, ve kterém kolektor a základna BJT sdílejí společné vstupní napájení, odtud název společný kolektor.

V našich předchozích článcích jsme se naučili další dvě konfigurace tranzistorů, jmenovitě společná základna a obyčejný emitor .

“vybudujte si vlastní variabilní napájecí zdroj ”

V tomto článku pojednáváme o třetím a konečném designu, který se nazývá konfigurace společného kolektoru nebo alternativně je také známý sledovač emitorů.

Obrázek této konfigurace je zobrazen níže pomocí standardních směrů toku proudu a notací napětí:

konfigurace společného kolektoru se standardním zápisem směru proudu a napětí

Hlavní rys společného zesilovače kolektorů

Hlavní vlastností a účelem použití společné konfigurace kolektoru BJT je impedanční přizpůsobení .

To je způsobeno skutečností, že tato konfigurace má vysokou vstupní impedanci a nízkou výstupní impedanci.

Tato funkce je ve skutečnosti opakem ostatních dvou protějšků konfigurace common-base a common-emitter.

Jak funguje běžný kolektorový zesilovač

Z výše uvedeného obrázku vidíme, že zátěž je zde připojena k emitorovému kolíku tranzistoru a kolektor je připojen ke společné referenci vzhledem k základně (vstupu).

To znamená, že kolektor je společný jak pro vstupní, tak pro výstupní zátěž. Jinými slovy, napájení přicházející k základně a kolektor mají společnou polaritu. Zde se základna stává vstupem a emitor výstupem.

Bylo by zajímavé poznamenat, že i když se konfigurace podobá naší předchozí konfiguraci společného emitoru, lze kolektor vidět připojený pomocí „Společného zdroje“.

Pokud jde o konstrukční vlastnosti, nemusíme pro stanovení parametrů obvodu zahrnovat sadu společných charakteristik kolektoru.

U všech praktických implementací budou výstupní charakteristiky konfigurace společného kolektoru přesné tak, jak je přiděleno společnému emitoru

Therfeore, můžeme jednoduše navrhnout pomocí vlastností použitých pro síť společných emitorů .

Pro každou konfiguraci společného kolektoru jsou výstupní charakteristiky vykresleny aplikací I JE vs V ES pro dostupné I B rozsah hodnot.

To znamená, že společný emitor i společný kolektor mají stejné hodnoty vstupního proudu.

Pro dosažení vodorovné osy pro společný kolektor stačí změnit polaritu napětí kolektor-emitor v charakteristice společného emitoru.

Nakonec uvidíte, že ve vertikálním měřítku společného emitoru I není téměř žádný rozdíl C , pokud je to zaměněno s I JE v charakteristice společného kolektoru (od ∝ ≅ 1).

Při navrhování vstupní strany můžeme použít základní charakteristiky společného emitoru, abychom dosáhli základních dat.

Limity provozu

Pro jakýkoli BJT se limity provozu vztahují k provozní oblasti nad jejími charakteristikami, které udávají její maximální tolerovatelný rozsah a bod, kde tranzistor může pracovat s minimálním zkreslením.

Následující obrázek ukazuje, jak je to definováno pro charakteristiky BJT.

Tyto limity provozu najdete také na všech technických listech tranzistorů.

Některé z těchto limitů provozu jsou snadno srozumitelné, například víme, jaký je maximální proud kolektoru (označovaný jako kontinuální proud kolektoru v datových listech) a maximální napětí mezi kolektorem a emitorem (obvykle zkráceno jako V výkonný ředitel v datových listech).

U příkladu BJT předvedeného ve výše uvedeném grafu najdeme I C (max.) je specifikováno jako 50 mA a V výkonný ředitel jako 20 V.

Nakreslená svislá čára označená jako V EC (vesnice) na charakteristice vykazuje minimální V TENTO které lze implementovat bez překročení nelineární oblasti, označené názvem „saturační oblast“.

V EC (vesnice) specifikovaný pro BJT je obvykle kolem 0,3V.

Nejvyšší možná úroveň rozptýlení se vypočítá pomocí následujícího vzorce:

Na výše uvedeném charakteristickém obrázku je předpokládaný ztrátový výkon kolektoru BJT zobrazen jako 300 mW.

Nyní je otázkou, jaká je metoda, pomocí které můžeme vykreslit křivku ztrátového výkonu kolektoru, definovanou následujícími specifikacemi:

To znamená, že produkt V TENTO a já C musí být rovna 300 mW, kdykoli na charakteristice.

Pokud předpokládám já C má maximální hodnotu 50mA, dosazením do výše uvedené rovnice získáme následující výsledky:

Výše uvedené výsledky nám říkají, že pokud C = 50 mA, pak V TENTO bude 6 V na křivce ztrátového výkonu, jak je ukázáno na obr. 3.22.

Nyní, když vybereme V TENTO s nejvyšší hodnotou 20V, pak I C úroveň bude odhadována níže:

Tím se vytvoří druhý bod přes křivku výkonu.

Nyní, když vybereme úroveň I C kolem poloviny cesty, řekněme na 25mA, a aplikujte ji na výslednou úroveň V TENTO , pak získáme následující řešení:

Totéž dokazuje i obr. 3.22.

Vysvětlené 3 body lze efektivně použít k získání přibližné hodnoty skutečné křivky. Není pochyb o tom, že pro odhad můžeme použít více bodů a získat ještě lepší přesnost, nicméně pro většinu aplikací je přibližná hodnota dostatečná.

Oblast, kterou lze vidět pod I C = Já výkonný ředitel se nazývá cut-off region . Do této oblasti nesmí být dosaženo, aby bylo zajištěno fungování BJT bez zkreslení.

Odkaz na datový list

Uvidíte mnoho datových listů poskytujících pouze I CBO hodnota. V takových situacích můžeme použít vzorec

Já Generální ředitel = βI CBO. To nám pomůže získat přibližné porozumění ohledně mezní úrovně při absenci charakteristických křivek.

V případech, kdy nemáte přístup k charakteristickým křivkám z daného datového listu, může být bezpodmínečně nutné potvrdit, že hodnoty I C, PROTI TENTO a jejich produkt V TENTO x já C zůstat v rozsahu uvedeném v následujícím textu Rovnice 3.17.

souhrn

Společný kolektor je dobře známá konfigurace tranzistoru (BJT) mezi ostatními třemi základními a používá se, kdykoli je vyžadován tranzistor v režimu vyrovnávací paměti nebo jako vyrovnávací paměť napětí.

Jak připojit běžný kolektorový zesilovač

V této konfiguraci je základna tranzistoru zapojena pro příjem vstupního spouštěcího zdroje, vedení emitoru je připojeno jako výstup a kolektor je spojen s kladným napájením, takže kolektor se stává společnou svorkou napříč základním spouštěcím zdrojem Vbb a skutečné kladné napájení Vdd.

Toto společné připojení mu dává název jako běžný sběratel.

Společná konfigurace kolektoru BJT se také nazývá obvod sledovače emitoru z jednoduchého důvodu, že napětí emitoru sleduje základní napětí s odkazem na zem, což znamená, že vodič emitoru iniciuje napětí pouze tehdy, když je základní napětí schopné překročit 0,6 V označit.

Proto je-li například základní napětí 6 V, pak napětí emitoru bude 5,4 V, protože emitor musí zajistit pokles 0,6 V nebo pákový efekt základního napětí pro umožnění vedení tranzistoru, a tedy následovník emitoru jména.

Jednoduše řečeno, emitorové napětí bude vždy o faktor přibližně 0,6 V menší než základní napětí, protože pokud není udržován tento předpětí, tranzistor nikdy nebude fungovat. Což zase znamená, že se na terminálu emitoru nemůže objevit žádné napětí, proto emitorové napětí neustále sleduje základní napětí a přizpůsobuje se rozdílem kolem -0,6V.

Jak funguje Emitter Follower

Předpokládejme, že použijeme 0,6 V na základně BJT ve společném kolektorovém obvodu. To bude produkovat nulové napětí na emitoru, protože tranzistor prostě není zcela ve vodivém stavu.

Předpokládejme, že toto napětí se pomalu zvyšuje na 1 V, což může umožnit vedení vysílače produkovat napětí, které může být kolem 0,4 V, podobně jako se toto základní napětí zvýší na 1,6 V, bude emitor sledovat až přibližně 1 V ... . to ukazuje, jak emitor sleduje základnu s rozdílem kolem 0,6 V, což je typická nebo optimální úroveň předpětí jakéhokoli BJT.

Společný tranzistorový obvod kolektoru bude vykazovat jednotný zisk napětí, což znamená, že napěťový zisk pro tuto konfiguraci není příliš působivý, spíše jen na stejné úrovni jako vstup.

Matematicky lze výše uvedené vyjádřit jako:

${A_mathrm {v}} = {v_mathrm {out} přes v_mathrm {in}} přibližně 1$

Verze PNP obvodu sledovače emitoru, všechny polarity jsou obrácené.

I ta nejmenší z odchylek napětí na základně společného kolektorového tranzistoru je duplikována napříč vysílačem emise, což do určité míry závisí na zisku (Hfe) tranzistoru a odporu připojené zátěže).

Hlavní výhodou tohoto obvodu je jeho funkce vysoké vstupní impedance, která umožňuje obvodu účinně fungovat bez ohledu na vstupní proud nebo odpor zátěže, což znamená, že i velké zátěže lze efektivně provozovat se vstupy s minimálním proudem.

Proto se jako vyrovnávací paměť používá běžný kolektor, což znamená fázi, která efektivně integruje operace s vysokým zatížením z relativně slabého zdroje proudu (například zdroj TTL nebo Arduino)

Vysoká vstupní impedance je vyjádřena vzorcem:

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

a malou výstupní impedanci, takže může řídit zátěže s nízkým odporem:

$r_mathrm {out} přibližně {R_mathrm {E}} | {R_mathrm {source} přes beta_0}$

Prakticky vidíme, že emitorový odpor může být výrazně větší, a proto jej lze ignorovat ve výše uvedeném vzorci, který nám nakonec dává vztah:

$r_mathrm {out} přibližně {R_mathrm {source} přes beta_0}$

Aktuální zisk

Zisk proudu pro společnou konfiguraci tranzistoru kolektoru je vysoký, protože kolektor, který je přímo spojen s kladným vedením, je schopen přenášet celé požadované množství proudu na připojenou zátěž přes vedení emitoru.

Proto pokud vás zajímá, kolik proudu by sledovač emitoru mohl poskytnout zátěži, buďte si jisti, že to nebude problém, protože zátěž bude vždy poháněna optimálním proudem z této konfigurace.