Ein gemeinsamer BJT-Kollektorverstärker ist eine Schaltung, in der sich der Kollektor und die Basis des BJT eine gemeinsame Eingangsversorgung teilen, daher der Name gemeinsamer Kollektor.

In unseren vorherigen Artikeln haben wir die beiden anderen Transistorkonfigurationen kennengelernt, nämlich die gemeinsame Basis und das Common-Emitter .

“wofür werden Aufwärtstransformatoren verwendet? ”

In diesem Artikel diskutieren wir das dritte und das endgültige Design, das als das bezeichnet wird Common-Collector-Konfiguration oder alternativ ist es auch bekannt Emitterfolger.

Das Bild dieser Konfiguration wird unten unter Verwendung der Standardstromflussrichtungen und Spannungsnotationen gezeigt:

Common-Collector-Konfiguration mit Standard-Stromrichtungs- und Spannungsnotationen

Hauptmerkmal des Common Collector Amplifier

Das Hauptmerkmal und der Zweck der Verwendung einer gemeinsamen BJT-Kollektorkonfiguration ist Impedanzanpassung .

Dies liegt an der Tatsache, dass diese Konfiguration eine hohe Eingangsimpedanz und eine niedrige Ausgangsimpedanz besitzt.

Dieses Merkmal ist eigentlich das Gegenteil der beiden anderen Gegenstücke Common-Base- und Common-Emitter-Konfigurationen.

So funktioniert der Common Collector Amplifier

Aus der obigen Abbildung ist ersichtlich, dass die Last hier mit dem Emitterstift des Transistors verbunden ist und der Kollektor mit einer gemeinsamen Referenz in Bezug auf die Basis (Eingang) verbunden ist.

Das heißt, der Kollektor ist sowohl der Eingangs- als auch der Ausgangslast gemeinsam. Mit anderen Worten, die an die Basis kommende Versorgung und der Kollektor teilen beide die gemeinsame Polarität. Hier wird die Basis zum Eingang und der Emitter zum Ausgang.

Es wäre interessant zu bemerken, dass, obwohl die Konfiguration unserer vorherigen Common-Emitter-Konfiguration ähnelt, der Kollektor mit der 'Common Source' verbunden ist.

In Bezug auf die Konstruktionsmerkmale müssen wir den Satz gemeinsamer Kollektoreigenschaften zur Festlegung der Schaltungsparameter nicht berücksichtigen.

Für alle praktischen Implementierungen sind die Ausgangseigenschaften einer Konfiguration mit gemeinsamem Kollektor genau so, wie sie für den gemeinsamen Emitter angegeben sind

Außerdem können wir es einfach unter Verwendung der für das verwendeten Merkmale entwerfen Common-Emitter-Netzwerk .

Für jede Common-Collector-Konfiguration werden die Ausgangseigenschaften durch Anwenden von I aufgezeichnet IS vs V. EG für das verfügbare ich B. Wertebereich.

Dies impliziert, dass sowohl der gemeinsame Emitter als auch der gemeinsame Kollektor identische Eingangsstromwerte haben.

Um die horizontale Achse für einen gemeinsamen Kollektor zu erreichen, müssen wir nur die Polarität der Kollektor-Emitter-Spannung in einem gemeinsamen Emitter ändern.

Schließlich werden Sie sehen, dass es kaum einen Unterschied in der vertikalen Skala eines Common-Emitter I gibt C. , wenn dies mit I ausgetauscht wird IS in einem gemeinsamen Kollektor Eigenschaften (seit ∝ ≅ 1).

Beim Entwerfen der Eingangsseite können wir die Eigenschaften der Common-Emitter-Basis anwenden, um die wesentlichen Daten zu erhalten.

Betriebsgrenzen

Für jeden BJT beziehen sich die Betriebsgrenzen auf den Betriebsbereich über seine Eigenschaften, der seinen maximal tolerierbaren Bereich und den Punkt angibt, an dem der Transistor mit minimalen Verzerrungen arbeiten kann.

Das folgende Bild zeigt, wie dies für BJT-Eigenschaften definiert ist.

Diese Betriebsgrenzen finden Sie auch in allen Transistor-Datenblättern.

Einige dieser Betriebsgrenzen sind leicht verständlich, zum Beispiel wissen wir, was der maximale Kollektorstrom ist (bezeichnet als kontinuierlich Kollektorstrom in Datenblättern) und maximale Kollektor-Emitter-Spannung (typischerweise als V abgekürzt) Vorsitzender in Datenblättern).

Für das in der obigen Grafik gezeigte Beispiel BJT finden wir I. C (max) wird als 50 mA und V angegeben Vorsitzender als 20 V.

Die gezeichnete vertikale Linie wird als V angezeigt EG (Dorf) auf dem Merkmal zeigt das Minimum V. DIES Dies kann implementiert werden, ohne den nichtlinearen Bereich zu überschreiten, der mit dem Namen 'Sättigungsbereich' gekennzeichnet ist.

Das V EG (Dorf) spezifiziert für BJTs ist normalerweise um 0,3V.

Der höchstmögliche Verlustgrad wird nach folgender Formel berechnet:

In dem obigen charakteristischen Bild ist die angenommene Kollektorleistungsverlustleistung des BJT als 300 mW gezeigt.

Nun stellt sich die Frage, mit welcher Methode wir die Kurve für die Verlustleistung des Kollektors zeichnen können, die durch die folgenden Spezifikationen definiert wird:

Dies impliziert, dass das Produkt von V. DIES und ich C. muss an jedem Punkt der Eigenschaften gleich 300 mW sein.

Wenn ich nehme an C. hat einen Maximalwert von 50mA, wenn wir diesen in die obige Gleichung einsetzen, erhalten wir die folgenden Ergebnisse:

Die obigen Ergebnisse sagen uns, dass wenn ich C. = 50 mA, dann V. DIES beträgt 6 V auf der Verlustleistungskurve, wie in Abb. 3.22 gezeigt.

Nun, wenn wir V wählen DIES mit dem höchsten Wert von 20V, dann das I. C. Das Niveau wird wie folgt geschätzt:

Dies legt den zweiten Punkt über der Leistungskurve fest.

Nun, wenn wir eine Ebene von I auswählen C. Auf halbem Weg, sagen wir bei 25 mA, und wenden Sie es auf das resultierende Niveau von V an DIES , dann bekommen wir folgende Lösung:

Dasselbe zeigt auch Abb. 3.22.

Die 3 erläuterten Punkte können effektiv angewendet werden, um einen ungefähren Wert der tatsächlichen Kurve zu erhalten. Zweifellos können wir mehr Punkte für die Schätzung verwenden und eine noch bessere Genauigkeit erzielen. Dennoch reicht eine ungefähre Angabe für die meisten Anwendungen gerade aus.

Der Bereich, der unter I zu sehen ist C. = Ich Vorsitzender heißt das Grenzbereich . Dieser Bereich darf nicht erreicht werden, um ein verzerrungsfreies Arbeiten des BJT zu gewährleisten.

Datenblattreferenz

Sie werden viele Datenblätter sehen, die nur das I enthalten CBO Wert. In solchen Situationen können wir die Formel anwenden

ich CEO = βI CBO. Dies wird uns helfen, ein ungefähres Verständnis bezüglich des Grenzwerts zu erhalten, wenn die Kennlinien fehlen.

In Fällen, in denen Sie von einem bestimmten Datenblatt aus nicht auf die Kennlinien zugreifen können, müssen Sie möglicherweise unbedingt bestätigen, dass die Werte von I. C, V. DIES und ihr Produkt V. DIES x I. C. innerhalb des im Folgenden angegebenen Bereichs bleiben Gleichung 3.17.

Zusammenfassung

Der gemeinsame Kollektor ist eine bekannte Transistorkonfiguration (BJT) unter den anderen drei Grundkonfigurationen und wird immer dann verwendet, wenn sich ein Transistor im Puffermodus oder als Spannungspuffer befinden muss.

So schließen Sie einen gemeinsamen Kollektorverstärker an

In dieser Konfiguration ist die Basis des Transistors zum Empfangen der Eingangs-Triggerversorgung verdrahtet, die Emitterleitung ist als Ausgang angeschlossen und der Kollektor ist mit der positiven Versorgung verbunden, so dass der Kollektor ein gemeinsamer Anschluss über der Basis-Triggerversorgung wird Vbb und die tatsächliche positive Vdd-Versorgung.

Diese gemeinsame Verbindung gibt ihm den Namen als gemeinsamer Kollektor.

Die gemeinsame Kollektor-BJT-Konfiguration wird aus dem einfachen Grund auch als Emitterfolgerschaltung bezeichnet, da die Emitterspannung der Basisspannung in Bezug auf Masse folgt, was bedeutet, dass die Emitterleitung nur dann eine Spannung auslöst, wenn die Basisspannung die 0,6 V überschreiten kann Kennzeichen.

Wenn beispielsweise die Basisspannung 6 V beträgt, beträgt die Emitterspannung 5,4 V, da der Emitter einen Abfall oder eine Hebelwirkung von 0,6 V für die Basisspannung bereitstellen muss, damit der Transistor leiten kann, und daher der Name Emitterfolger.

In einfachen Worten ist die Emitterspannung immer um einen Faktor von etwa 0,6 V niedriger als die Basisspannung, da der Transistor niemals leitet, wenn dieser Vorspannungsabfall nicht aufrechterhalten wird. Dies bedeutet wiederum, dass am Emitteranschluss keine Spannung auftreten kann. Daher folgt die Emitterspannung konstant der Basisspannung und stellt sich um eine Differenz von etwa -0,6 V ein.

Wie Emitter Follower funktioniert

Nehmen wir an, wir legen 0,6 V an der Basis eines BJT in einer gemeinsamen Kollektorschaltung an. Dies erzeugt am Emitter eine Spannung von Null, da sich der Transistor einfach nicht vollständig im leitenden Zustand befindet.

Angenommen, diese Spannung wird langsam auf 1 V erhöht. Dadurch kann die Emitterleitung möglicherweise eine Spannung von etwa 0,4 V erzeugen. Wenn diese Basisspannung auf 1,6 V erhöht wird, kann der Emitter auf etwa 1 V folgen. Dies zeigt, wie der Emitter der Basis mit einer Differenz von etwa 0,6 V folgt, was der typische oder optimale Vorspannungspegel eines BJT ist.

Eine gemeinsame Kollektortransistorschaltung weist eine Spannungsverstärkung von Eins auf, was bedeutet, dass die Spannungsverstärkung für diese Konfiguration nicht zu beeindruckend ist, sondern nur auf dem Niveau des Eingangs liegt.

Mathematisch kann das Obige ausgedrückt werden als:

${A_mathrm {v}} = {v_mathrm {out} über v_mathrm {in}} ca. 1$

PNP-Version der Emitterfolgerschaltung, alle Polaritäten sind umgekehrt.

Selbst die kleinste der Spannungsabweichungen an der Basis eines gemeinsamen Kollektortransistors wird über die Emitterleitung dupliziert, was in gewissem Maße von der Verstärkung (Hfe) des Transistors und dem Widerstand der angeschlossenen Last abhängt.

Der Hauptvorteil dieser Schaltung ist ihre hohe Eingangsimpedanz, die es der Schaltung ermöglicht, unabhängig vom Eingangsstrom oder dem Lastwiderstand effizient zu arbeiten, was bedeutet, dass selbst große Lasten mit Eingängen mit minimalem Strom effizient betrieben werden können.

Aus diesem Grund wird ein gemeinsamer Kollektor als Puffer verwendet, dh eine Stufe, die Hochlastoperationen von einer relativ schwachen Stromquelle (z. B. einer TTL- oder Arduino-Quelle) effizient integriert.

Die hohe Eingangsimpedanz wird mit folgender Formel ausgedrückt:

$r_mathrm {in} ca. beta_0 R_mathrm {E}$

und die kleine Ausgangsimpedanz, damit niederohmige Lasten angesteuert werden können:

$r_mathrm {out} ca. {R_mathrm {E}} | {R_mathrm {source} over beta_0}$

In der Praxis könnte der Emitterwiderstand erheblich größer sein und kann daher in der obigen Formel ignoriert werden, was uns schließlich die Beziehung gibt:

$r_mathrm {out} ca. {R_mathrm {source} über beta_0}$

Stromgewinn

Die Stromverstärkung für eine gemeinsame Kollektortransistorkonfiguration ist hoch, da der Kollektor, der direkt mit der positiven Leitung verbunden ist, die gesamte erforderliche Strommenge über die Emitterleitung an die angeschlossene Last weiterleiten kann.

Wenn Sie sich fragen, wie viel Strom ein Emitterfolger für die Last bereitstellen kann, können Sie sicher sein, dass dies kein Problem darstellt, da die Last immer mit einem optimalen Strom aus dieser Konfiguration betrieben wird.