Coletor comum de transistor

Um amplificador de coletor comum BJT é um circuito no qual o coletor e a base do BJT compartilham uma fonte de entrada comum, daí o nome coletor comum.

Em nossos artigos anteriores, aprendemos as outras duas configurações de transistor, ou seja, o base comum e a emissor comum .

Neste artigo, discutimos o terceiro e o design final, que é chamado de configuração de coletor comum ou alternativamente também é conhecido emissor-seguidor.



A imagem desta configuração é mostrada abaixo usando as direções de fluxo de corrente padrão e notações de tensão:

configuração de coletor comum com direção de corrente padrão e notações de tensão

Característica principal do amplificador de coletor comum

A principal característica e o propósito de usar uma configuração de coletor comum BJT é impedância .

Isso se deve ao fato de que esta configuração possui uma alta impedância de entrada e uma baixa impedância de saída.

Este recurso é na verdade o oposto das outras duas configurações de base comum e emissor comum.

Como funciona o amplificador de coletor comum

configuração de coletor comum

Pela figura acima podemos ver que a carga aqui é fixada com o pino emissor do transistor e o coletor é conectado a uma referência comum com relação à base (entrada).

Ou seja, o coletor é comum para a carga de entrada e saída. Em outras palavras, a alimentação que chega à base e o coletor compartilham a mesma polaridade. Aqui, a base se torna a entrada e o emissor se torna a saída.

Seria interessante notar que, embora a configuração se pareça com nossa configuração anterior de emissor comum, o coletor pode ser visto conectado com a 'Fonte Comum'.

Com relação às características do projeto, não precisamos incorporar o conjunto de características comuns do coletor para estabelecer os parâmetros do circuito.

Para todas as implementações práticas, as características de saída de uma configuração de coletor comum serão exatas conforme atribuídas para o emissor comum

Therfeore, podemos simplesmente projetá-lo usando as características empregadas para o rede de emissor comum .

Para cada configuração de coletor comum, as características de saída são plotadas aplicando I É vs V CE para o disponível eu B faixa de valores.

Isso implica que tanto o emissor comum quanto o coletor comum têm valores de corrente de entrada idênticos.

Para atingir o eixo horizontal de um coletor comum, precisamos apenas alterar a polaridade da tensão coletor-emissor nas características de um emissor comum.

Finalmente, você verá que dificilmente há qualquer diferença na escala vertical de um emissor comum I C , se for trocado por I É nas características de um coletor comum, (desde ∝ ≅ 1).

Ao projetar o lado da entrada, podemos aplicar as características da base do emissor comum para obter os dados essenciais.

Limites de operação

Para qualquer BJT os limites de operação referem-se à região de operação sobre suas características que indicam sua faixa máxima tolerável e o ponto onde o transistor pode trabalhar com distorções mínimas.

A imagem a seguir mostra como isso é definido para as características BJT.

curva mostrando limites de operação em BJT

Você também encontrará esses limites de operação em todas as planilhas de dados de transistores.

Alguns desses limites de operação são facilmente compreensíveis, por exemplo, sabemos qual é a corrente máxima do coletor (referida como contínuo corrente do coletor nas planilhas de dados), e tensão máxima do coletor para o emissor (normalmente abreviado como V CEO em fichas técnicas).

Para o exemplo BJT demonstrado no gráfico acima, encontramos que C (max) é especificado como 50 mA e V CEO como 20 V.

A linha vertical desenhada indicada como V CE (aldeia) na característica, exibe o V mínimo ESTA que pode ser implementado sem cruzar a região não linear, indicada pelo nome 'região de saturação'.

O V CE (aldeia) especificado para BJTs é normalmente em torno de 0,3V.

O nível de dissipação mais alto possível é calculado usando a seguinte fórmula:

Na imagem característica acima, a dissipação de energia do coletor do BJT assumida é mostrada como 300mW.

Agora a questão é: qual é o método pelo qual podemos traçar a curva para a dissipação de energia do coletor, definida pelas seguintes especificações:

É

Isso implica que o produto de V ESTA e eu C deve ser igual a 300mW, em qualquer ponto das características.

Se suponha que eu C tem um valor máximo de 50mA, substituindo isso na equação acima nos dá os seguintes resultados:

Os resultados acima nos dizem que se eu C = 50mA, então V ESTA será de 6V na curva de dissipação de potência, conforme comprovado na Fig 3.22.

Agora, se escolhermos V ESTA com o maior valor de 20V, então o I C o nível será estimado abaixo:

Isso estabelece o segundo ponto sobre a curva de potência.

Agora, se selecionarmos um nível de I C em torno do meio, digamos a 25mA, e aplique no nível resultante de V ESTA , então obtemos a seguinte solução:

O mesmo é provado na Fig 3.22 também.

Os 3 pontos explicados podem ser aplicados de forma eficaz para obter um valor aproximado da curva real. Sem dúvida, podemos usar mais número de pontos para a estimativa e obter uma precisão ainda melhor; no entanto, uma aproximação torna-se apenas o suficiente para a maioria das aplicações.

A área que pode ser vista abaixo I C = Eu CEO é chamado de região de corte . Esta região não deve ser alcançada para garantir um funcionamento livre de distorção do BJT.

Referência de folha de dados

Você verá muitas folhas de dados fornecendo apenas o I CBO valor. Em tais situações, podemos aplicar a fórmula

eu CEO = βI CBO. Isso nos ajudará a obter um entendimento aproximado sobre o nível de corte na ausência das curvas características.

Nos casos em que você não consegue acessar as curvas características de uma determinada folha de dados, pode ser imperativo que você confirme que os valores de I C, V ESTA , e seu produto V ESTA XI C permanecer dentro do intervalo, conforme especificado a seguir Eq 3.17.

Resumo

O coletor comum é uma configuração de transistor bem conhecida (BJT) entre os outros três básicos, e é usado sempre que um transistor precisa estar no modo buffer ou como buffer de tensão.

Como conectar um amplificador de coletor comum

Nesta configuração, a base do transistor é conectada para receber a alimentação do gatilho de entrada, o cabo do emissor é conectado como a saída e o coletor é conectado com a alimentação positiva, de modo que o coletor se torna um terminal comum através da fonte do gatilho da base Vbb e a alimentação positiva de Vdd real.

Essa conexão comum dá a ele o nome de coletor comum.

A configuração do coletor comum BJT também é chamada de circuito seguidor de emissor devido à simples razão de que a voltagem do emissor segue a voltagem de base com referência ao aterramento, o que significa que o cabo do emissor inicia uma voltagem somente quando a voltagem de base é capaz de cruzar 0,6V marca.

Portanto, se, por exemplo, a voltagem de base for 6 V, então a voltagem do emissor será 5,4 V, porque o emissor tem que fornecer uma queda de 0,6 V ou uma alavanca para a voltagem de base para permitir que o transistor conduza, e daí o nome seguidor de emissor.

Em termos simples, a tensão do emissor será sempre menor por um fator de cerca de 0,6 V do que a tensão de base porque, a menos que essa queda de polarização seja mantida, o transistor nunca conduzirá. O que por sua vez significa que nenhuma tensão pode aparecer no terminal do emissor, portanto, a tensão do emissor segue constantemente a tensão da base ajustando-se por uma diferença de cerca de -0,6V.

Como funciona o seguidor emissor

Vamos supor que aplicamos 0,6 V na base de um BJT em um circuito coletor comum. Isso produzirá voltagem zero no emissor, porque o transistor não está totalmente no estado de condução.

Agora, suponha que essa tensão seja lentamente aumentada para 1 V, isso pode permitir que o condutor do emissor produza uma tensão que pode ser em torno de 0,4 V, da mesma forma que esta tensão de base é aumentada para 1,6 V fará com que o emissor siga em torno de 1 V ... .Isso mostra como o emissor continua seguindo a base com uma diferença de cerca de 0,6 V, que é o nível de polarização típico ou ideal de qualquer BJT.

Um circuito coletor transistor comum exibirá um ganho de voltagem unitário, o que significa que o ganho de voltagem para esta configuração não é muito impressionante, apenas no mesmo nível da entrada.

Matematicamente, o acima pode ser expresso como:

{A_mathrm {v}} = {v_mathrm {out} sobre v_mathrm {in}} aprox. 1

Versão PNP do circuito seguidor de emissor, todas as polaridades são invertidas.

Mesmo o menor dos desvios de tensão na base de um transistor coletor comum é duplicado no condutor do emissor, que até certo ponto depende do ganho (Hfe) do transistor e da resistência da carga anexada).

O principal benefício deste circuito é o recurso de alta impedância de entrada, que permite que o circuito funcione de forma eficiente independentemente da corrente de entrada ou da resistência de carga, o que significa que até mesmo cargas grandes podem ser operadas com eficiência com entradas com corrente mínima.

É por isso que um coletor comum é usado como um buffer, ou seja, um estágio que integra com eficiência as operações de alta carga de uma fonte de corrente relativamente fraca (por exemplo, uma fonte TTL ou Arduino)

A alta impedância de entrada é expressa com a fórmula:

r_mathrm {in} aproximadamente beta_0 R_mathrm {E}

e a pequena impedância de saída, para que possa conduzir cargas de baixa resistência:

r_mathrm {out} aprox. {R_mathrm {E}} | {R_mathrm {source} sobre beta_0}

Na prática, o resistor do emissor pode ser significativamente maior e pode, portanto, ser ignorado na fórmula acima, que finalmente nos dá a relação:

r_mathrm {out} aprox. {R_mathrm {source} sobre beta_0}

Ganho Atual

O ganho de corrente para uma configuração de transistor coletor comum alto, porque o coletor sendo diretamente conectado com a linha positiva é capaz de passar a quantidade necessária de corrente para a carga anexada através do cabo emissor.

Portanto, se você está se perguntando quanta corrente um seguidor de emissor seria capaz de fornecer para a carga, tenha certeza de que não será um problema, pois a carga sempre será acionada com uma corrente ideal a partir desta configuração.

Exemplo de circuitos de aplicação para coletor comum BJT

Alguns dos exemplos clássicos de seguidor de emissor ou circuitos de aplicação de transistor coletor comum podem ser vistos nos exemplos a seguir.

Circuito de fonte de alimentação de tensão variável de 100 amperes

Circuito de carregador de telefone celular DC usando um único transistor

Circuito carregador de bateria de alta corrente de transistor único




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