Что такое схема включения транзистора с общим коллектором. Каковы ее основные характеристики. Как работает эмиттерный повторитель. В чем преимущества и недостатки данной схемы. Где применяется схема с общим коллектором.
Основные особенности схемы включения транзистора с общим коллектором
Схема включения транзистора с общим коллектором (ОК) является одной из трех базовых схем включения биполярных транзисторов, наряду со схемами с общей базой (ОБ) и общим эмиттером (ОЭ). Ее ключевые особенности:
- Коллектор является общей точкой для входной и выходной цепей
- Входной сигнал подается между базой и коллектором
- Выходной сигнал снимается с эмиттера относительно коллектора
- Имеет коэффициент усиления по напряжению близкий к единице
- Обеспечивает усиление по току
- Характеризуется высоким входным и низким выходным сопротивлением
Благодаря своим свойствам, схема с ОК часто называется эмиттерным повторителем, так как выходное напряжение на эмиттере практически повторяет входное напряжение на базе.
Принцип работы схемы с общим коллектором
Принцип работы схемы с ОК основан на следующих ключевых моментах:
- Входное напряжение прикладывается между базой и коллектором транзистора.
- Это вызывает изменение тока базы и, соответственно, тока эмиттера.
- Изменение тока эмиттера приводит к изменению напряжения на эмиттерном резисторе.
- Выходное напряжение снимается с эмиттера относительно общей точки (коллектора).
- Выходное напряжение практически повторяет входное, за вычетом падения на p-n переходе база-эмиттер (около 0.7 В).
Таким образом, схема обеспечивает передачу входного сигнала на выход практически без изменения амплитуды, но с усилением по току.
Основные характеристики и параметры схемы с общим коллектором
Схема включения транзистора с общим коллектором имеет ряд характерных особенностей:
Коэффициент усиления по напряжению
Коэффициент усиления по напряжению (Ku) в схеме с ОК близок к единице и всегда меньше 1:
Ku = Uвых / Uвх ≈ 0.95-0.99
Это означает, что схема практически не усиливает входной сигнал по напряжению.
Коэффициент усиления по току
Коэффициент усиления по току (Ki) в схеме с ОК достаточно высок:
Ki = Iвых / Iвх = β + 1
где β — коэффициент усиления транзистора по току в схеме с ОЭ. Обычно Ki составляет несколько десятков.
Входное сопротивление
Схема с ОК характеризуется высоким входным сопротивлением:
Rвх = (β + 1) * Rэ
где Rэ — сопротивление в цепи эмиттера. Обычно Rвх составляет десятки-сотни кОм.
Преимущества и недостатки схемы включения с общим коллектором
Схема включения транзистора с общим коллектором имеет ряд преимуществ и недостатков по сравнению с другими схемами включения.
Основные преимущества:
- Высокое входное сопротивление (десятки-сотни кОм)
- Низкое выходное сопротивление (сотни Ом)
- Отсутствие фазового сдвига между входным и выходным сигналами
- Хорошие частотные свойства
- Возможность согласования высокоомного источника сигнала с низкоомной нагрузкой
Основные недостатки:
- Отсутствие усиления по напряжению (Ku ≈ 1)
- Необходимость использования двухполярного источника питания
- Меньший коэффициент усиления по мощности по сравнению со схемой ОЭ
Эти особенности определяют области применения схемы с общим коллектором.
Применение схемы включения транзистора с общим коллектором
Благодаря своим характеристикам, схема с ОК нашла широкое применение в различных электронных устройствах:
- Эмиттерные повторители для согласования высокоомных источников сигнала с низкоомными нагрузками
- Буферные каскады в многокаскадных усилителях для развязки каскадов
- Выходные каскады усилителей мощности
- Преобразователи уровней в цифровых схемах
- Стабилизаторы напряжения
Схема с ОК особенно эффективна там, где требуется передача сигнала без изменения его формы и амплитуды, но с обеспечением согласования по сопротивлению.
Сравнение схемы с общим коллектором с другими схемами включения транзисторов
Для полного понимания особенностей схемы с ОК полезно сравнить ее характеристики с другими базовыми схемами включения транзисторов:
| Параметр | Общий эмиттер (ОЭ) | Общая база (ОБ) | Общий коллектор (ОК) |
|---|---|---|---|
| Коэффициент усиления по напряжению | Высокий | Менее 1 | Близок к 1 |
| Коэффициент усиления по току | Высокий | Менее 1 | Высокий |
| Входное сопротивление | Среднее | Низкое | Высокое |
| Выходное сопротивление | Высокое | Очень высокое | Низкое |
| Фазовый сдвиг | 180° | 0° | 0° |
Это сравнение наглядно демонстрирует уникальные свойства схемы с ОК, определяющие ее области применения.
Расчет основных параметров схемы с общим коллектором
Для практического применения схемы с ОК важно уметь рассчитывать ее основные параметры. Рассмотрим основные формулы и методику расчета:
Коэффициент усиления по напряжению
Ku = Uвых / Uвх ≈ Rэ / (Rэ + rэ)
где Rэ — сопротивление в цепи эмиттера, rэ — дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода.
Входное сопротивление
Rвх = (β + 1) * (Rэ + Rн)
где β — коэффициент усиления транзистора по току, Rн — сопротивление нагрузки.
Выходное сопротивление
Rвых = (Rг + rб) / (β + 1)
где Rг — внутреннее сопротивление источника сигнала, rб — объемное сопротивление базы транзистора.
При расчетах необходимо учитывать, что реальные значения могут отличаться от расчетных из-за разброса параметров транзисторов и влияния температуры.
Практические схемы на основе включения транзистора с общим коллектором
Рассмотрим несколько практических схем, демонстрирующих применение схемы включения транзистора с общим коллектором:
Простой эмиттерный повторитель
Эта схема используется для согласования высокоомного источника сигнала с низкоомной нагрузкой:
+Vcc
|
R1
|
|-|
Vin-| >|--+--Vout
|-| |
| R2
| |
GND
Здесь R1 — ограничительный резистор, R2 — эмиттерный резистор, определяющий режим работы транзистора.
Эмиттерный повторитель с температурной стабилизацией
Эта схема обеспечивает лучшую стабильность работы при изменении температуры:
+Vcc
|
R1
|
|-|
Vin-| >|--+--Vout
|-| |
R2 | R3
| |
GND
Здесь R2 и R3 образуют цепь отрицательной обратной связи по току, стабилизирующую режим работы транзистора.
Заключение
Схема включения транзистора с общим коллектором, несмотря на отсутствие усиления по напряжению, является важным элементом многих электронных устройств. Ее уникальные свойства — высокое входное и низкое выходное сопротивление, отсутствие фазового сдвига — делают ее незаменимой в задачах согласования и буферизации сигналов. Понимание принципов работы и особенностей этой схемы позволяет эффективно применять ее в различных областях электроники.
3) Схема включения с общим коллектором.
Iвх = Iб, Iвых = Iэ, Uвх = Uбк, Uвых = Uкэ
Iвых / Iвх = Iэ / Iб = (Iк + Iб) / Iб = β + 1 = n, n = 10 … 100
Rвх = Uбк / Iб = n (10.100) кОм
В схеме с ОК (смотрите рисунок 3) коллектор является общей точкой входа и выхода, поскольку источники питания Еб и Ек всегда шунтированы конденсаторами большой ёмкости и для переменного тока могут считаться короткозамкнутыми.
Особенность этой схемы в том, что входное напряжение полностью передается обратно на вход, т. с. очень сильна отрицательная обратная связь. Нетрудно видеть, что входное напряжение равно сумме переменного напряжения база — эмиттер Uбэ и
Рисунок 3 – Схема включения с ОК
выходного
напряжения. Коэффициент усиления по
току каскада с общим коллектором почти
такой же, как и в схеме с ОЭ, т.
е. равен
нескольким десяткам. Однако, в отличие
от каскада с ОЭ, коэффициент усиления
по напряжению схемы с ОК близок к единице,
причем всегда меньше её. Переменное
напряжение, поданное на вход транзистора,
усиливается в десятки раз (так же, как
и в схеме ОЭ), но весь каскад не даёт
усиления. Коэффициент усиления по
мощности равен примерно нескольким
десяткам.
Р ассмотрев полярность переменных напряжений в схеме, можно установить, что фазового сдвига между Uвых и Uвх нет. Значит, выходное напряжение совпадает по фазе с входным и почти равно ему. То есть, выходное напряжение повторяет входное. Именно поэтому данный каскад обычно называют эмиттерным повторителем и изображают схему так, как показано на рисунке 4.
Рисунок 4 – Схема включения с ОК (эмиттерный повторитель)
Эмиттерным
– потому, что резистор нагрузки включен
в провод вывода эмиттера и выходное
напряжение снимается с эмиттера
(относительно корпуса).
Так как входная
цепь представляет собой закрытый
коллекторный переход, входное сопротивление
каскада по схеме ОК составляет десятки
кОм, что является важным достоинством
схемы. Выходное сопротивление схемы с
ОК, наоборот, получается сравнительно
небольшим, обычно единицы кОм или сотни
Ом. Эти достоинства схемы с ОК побуждают
использовать её для согласования
различных устройств по входному
сопротивлению.
Недостатком схемы является то, что она не усиливает напряжение – коэффициент усиления чуть меньше 1.
Независимо от схемы включения, транзистор характеризуется тремя коэффициентами усиления:
KI = Iвых / Iвх – по току;
KU = Uвых / Uвх = (Iвых ∙ Rн) / (Iвх ∙ Rвх) = KI ∙ Rн / Rвх – по напряжению;
KP = Pвых / Pвх = (Uвых ∙ Iвых) / (Uвх ∙ Iвх) = KI∙KU – по мощности.
KI = Iк / Iэ = α (α<1)
KU = α ∙ (Rн / Rвх)
Rн ≈ n ∙ 1кОм
Rвх ≈ n ∙ 10 Ω
KU ≈ n ∙ 100
KP = KU / KI = n ∙ 100
Для схемы с общим коллектором:
KI = Iэ / Iб = β + 1 = n
KU = β ∙ (Rн / Rвх) ≈ n
KU < 1
Для схемы с общим эмиттером:
KI = Iк / Iб = β = n (10…100)
KU = β ∙ (Rн / Rвх)
KP = KI ∙ KU = n ∙ (1000…10000)
Контрольные вопросы:
Какими основными показателями характеризуется любая схема включения транзистора?
Какая из трех схем включения используется наиболее часто и почему?
Какая схема имеет лучшие усилительные свойства?
Основное назначение схемы с ОК.
Каковы достоинства у схемы с ОБ?
Задание, методические указания для выполнения СРС по вопросу:
ОглавлениеПРЕДИСЛОВИЕВВЕДЕНИЕ ГЛАВА 1. ПАССИВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ § 1.1. РЕЗИСТОРЫ Основные параметры резисторов § 1.2. КОНДЕНСАТОРЫ Основные параметры постоянных конденсаторов 1.3. КАТУШКИ ИНДУКТИВНОСТИ Основные параметры катушки индуктивности (ГОСТ 20718—75) § 1.4. ТРАНСФОРМАТОРЫ ЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ Основные параметры трансформаторов питания ГЛАВА 2. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ КОМПОНЕНТЫ ЭЛЕКТРОННЫХ ЦЕПЕЙ § 2.1. ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ ПОЛУПРОВОДНИКОВ Основные положения теории электропроводности. Примесная электропроводность.  § 2.2. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА И ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОЛУПРОВОДНИКОВ Концентрация носителей зарядов. Уравнения непрерывности. § 2.3. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПЕРЕХОДЫ Контакт металл — полупроводник. Контакт двух полупроводников p- и n-типов. Свойства несимметричного p-n-перехода. p-n-переход смещен в прямом направлении Переход, смещенный в обратном направлении. Переходы p-i, n-i-, p+-p-, n+-n-типов. 2.4. ОСОБЕННОСТИ РЕАЛЬНЫХ p-n-ПЕРЕХОДОВ Пробой p-n-перехода. § 2.5. ОСНОВНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ И ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ § 2.6. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ Выпрямительные диоды. Основные параметры выпрямительных диодов и их значения у маломощных диодов Импульсные диоды. Полупроводниковые стабилитроны. Варикапы. Диоды других типов. § 2.7. БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ Математическая модель транзистора. Три схемы включения транзистора. Инерционные свойства транзистора.  Шумы транзистора. Н-параметры транзисторов. § 2.8. БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ С ИНЖЕКЦИОННЫМ ПИТАНИЕМ § 2.9. ТИРИСТОРЫ Симметричные тиристоры. Основные параметры тиристоров и их ориентировочные значения § 2.10. ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ Основные параметры полевых транзисторов и их ориентировочные значения § 2.11. ОСОБЕННОСТИ КОМПОНЕНТОВ ЭЛЕКТРОННЫХ ЦЕПЕЙ В МИКРОМИНИАТЮРНОМ ИСПОЛНЕНИИ Пассивные компоненты ИС. Конденсаторы. Индуктивности. Транзисторы ИС. Изоляция компонентов в монолитных интегральных узлах. ГЛАВА 3. КОМПОНЕНТЫ ОПТОЭЛЕКТРОНИКИ И ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ § 3.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О КОМПОНЕНТАХ ОПТОЭЛЕКТРОНИКИ § 3.2. УПРАВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ СВЕТА Основные параметры и характеристики светодиодов § 3.3. ФОТОПРИЕМНИКИ Основные характеристики и параметры фоторезистора Фотодиоды. Основные характеристики и параметры фотодиода Фототранзисторы. Основные характеристики и параметры фототранзистора Фототиристоры.  Многоэлементные фотоприемники. Фотоприемники с внешним фотоэффектом. § 3.4. СВЕТОВОДЫ И ПРОСТЕЙШИЕ ОПТРОНЫ § 3 5. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О КОМПОНЕНТАХ УСТРОЙСТВ ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ § 3.6. ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ ДЛЯ ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ § 3.7. ГАЗОНАПОЛНЕННЫЕ ПРИБОРЫ ДЛЯ ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ Основные параметры газонаполненных матричных панелей неременного тока § 3.8. ВАКУУМНЫЕ ПРИБОРЫ ДЛЯ ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ § 3.9. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ И ЭЛЕКТРОЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ ПРИБОРЫ ДЛЯ ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ ГЛАВА 4. УСИЛИТЕЛИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ § 4.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ УСИЛИТЕЛЯХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ, ИХ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРАХ И ХАРАКТЕРИСТИКАХ § 4.2. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕОРИИ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ ПРИМЕНИТЕЛЬНО К УСИЛИТЕЛЯМ § 4.3. СТАТИЧЕСКИЙ РЕЖИМ РАБОТЫ УСИЛИТЕЛЬНЫХ КАСКАДОВ § 4.4. УСИЛИТЕЛЬНЫЕ КАСКАДЫ НА ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРАХ Каскад с общим стоком. § 4.5. УСИЛИТЕЛЬНЫЙ КАСКАД НА БИПОЛЯРНОМ ТРАНЗИСТОРЕ С ОБЩИМ ЭМИТТЕРОМ Входное сопротивление.  § 4.6. УСИЛИТЕЛЬНЫЙ КАСКАД НА БИПОЛЯРНОМ ТРАНЗИСТОРЕ С ОБЩЕЙ БАЗОЙ § 4.7. УСИЛИТЕЛЬНЫЙ КАСКАД НА БИПОЛЯРНОМ ТРАНЗИСТОРЕ С ОБЩИМ КОЛЛЕКТОРОМ Сложные эмиттерные повторители. § 4.8. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ УСИЛИТЕЛЬНЫЕ КАСКАДЫ § 4.9. УСИЛИТЕЛЬНЫЕ КАСКАДЫ С ДИНАМИЧЕСКОЙ НАГРУЗКОЙ И С КАСКОДНЫМ ВКЛЮЧЕНИЕМ ТРАНЗИСТОРОВ § 4.10. УПРАВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ТОКА И УСИЛИТЕЛЬНЫЕ КАСКАДЫ НА ИХ ОСНОВЕ 4.11. УСИЛИТЕЛЬНЫЕ КАСКАДЫ С ТРАНСФОРМАТОРНОЙ СВЯЗЬЮ 4.12. МОЩНЫЕ УСИЛИТЕЛЬНЫЕ КАСКАДЫ Каскад с ОБ трансформаторным входом и трансформаторным выходом. Двухтактные выходные каскады. § 4.13. БЕСТРАНСФОРМАТОРНЫЕ МОЩНЫЕ ВЫХОДНЫЕ КАСКАДЫ ГЛАВА 5. МНОГОКАСКАДНЫЕ УСИЛИТЕЛИ § 5.1. МНОГОКАСКАДНЫЕ УСИЛИТЕЛИ Параметры RC-цепи связи. § 5.2. УСИЛИТЕЛИ В ИНТЕГРАЛЬНОМ ИСПОЛНЕНИИ 5.3. ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ § 5.4. ПАРАМЕТРЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ § 5.5. ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ С УЛУЧШЕННЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ § 5.6. ОСОБЕННОСТИ ВКЛЮЧЕНИЯ И СВОЙСТВА ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ, ОХВАЧЕННЫХ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ § 5.  7. УСТОЙЧИВОСТЬ УСИЛИТЕЛЕЙ И КОРРЕКЦИЯ ИХ ХАРАКТЕРИСТИКГЛАВА 6. АНАЛОГОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ § 6.1. МАСШТАБНЫЕ УСИЛИТЕЛИ 6.2. ЛИНЕЙНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ 6.3. ИНТЕГРИРУЮЩИЕ УСТРОЙСТВА Интеграторы на основе операционных усилителей. § 6.4. ДИФФЕРЕНЦИРУЮЩИЕ УСТРОЙСТВА Активные дифференцирующие устройства. § 6.5. АКТИВНЫЕ ФИЛЬТРЫ § 6.6. МАГНИТОЭЛЕКТРОННЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ § 6.7. НЕЛИНЕЙНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ § 6.8. ПЕРЕМНОЖИТЕЛИ СИГНАЛОВ И УСТРОЙСТВА, ВЫПОЛНЯЮЩИЕ МАТЕМАТИЧЕСКИЕ ОПЕРАЦИИ § 6.9. ДЕТЕКТОРЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ ГЛАВА 7. ЭЛЕКТРОННЫЕ КЛЮЧИ § 7.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ИМПУЛЬСНЫХ ПРОЦЕССАХ И УСТРОЙСТВАХ § 7.2. ДИОДНЫЕ КЛЮЧИ § 7.3. КЛЮЧИ НА БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ § 7.4. ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ В КЛЮЧЕВЫХ ЦЕПЯХ С БИПОЛЯРНЫМИ ТРАНЗИСТОРАМИ 7.5. КЛЮЧИ НА ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРАХ § 7.6. ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ В КЛЮЧАХ НА ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРАХ ГЛАВА 8.  ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ, ТРИГГЕРЫ, АВТОГЕНЕРАТОРЫ§ 8.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ЛОГИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТАХ § 8.2. ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ 8.3. ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ НА МОП-ТРАНЗИСТОРАХ § 8.4. ТРИГГЕРЫ § 8.5. НЕСИММЕТРИЧНЫЕ ТРИГГЕРЫ § 8.6. ГЕНЕРАТОРЫ КОЛЕБАНИЙ Генераторы напряжения прямоугольной формы. Генераторы линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН). Генераторы напряжения треугольной формы. Генераторы синусоидальных колебаний. Генераторы LC-типа. Генераторы с кварцевыми резонаторами и электромеханическими резонансными системами. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Приложение Схемы включения операционных усилителей ЛИТЕРАТУРА |
К книге добавлены главы из первого издания, усеченные во 2-м.
Common Collector Configuration, входные и выходные характеристики
26 августа, 2020
Common Collector Configuration:
| Common Collector Configuration |
.
для вывода. Транзисторы имеют три вывода, поэтому один вывод должен использоваться как общий для ввода и вывода.
В конфигурации с общим коллектором вывод коллектора принимается за общий. Таким образом, вход подается между клеммами базы и коллектора, а выход берется с клемм эмиттера и коллектора.
Конфигурация с общим коллектором также называется эмиттерным повторителем или повторителем напряжения, поскольку выходное напряжение эмиттера всегда соответствует базовому входному напряжению.
Например, напряжение базового эмиттера составляет 0,7 В, а если на входе 5 В, то на выходе 4,3 В. Выходное напряжение всегда близко к входному напряжению. Эта конфигурация широко используется в качестве буфера и также называется буфером напряжения.
Принципиальная схема конфигурации NPN и PNP:
| Конфигурация с общим коллектором транзистора NPN |
Вход подается между клеммами базы и коллектора.
Входной ток, который является базовым током, обозначается как IB, а входное напряжение, которое является базовым напряжением эмиттера, обозначается как VBE. Коллекторная клемма, принятая за общую, заземляется.
Выходной ток представляет собой ток эмиттера, он обозначается как IE, а выходное напряжение представляет собой напряжение коллектора эмиттера и обозначается как VCE. Выходной ток эмиттера представляет собой сумму токов базы и коллектора. Эмиттерный переход смещен в прямом направлении, а коллекторный — в обратном.
| Конфигурация с общим коллектором PNP-транзистора |
Конфигурация с общим коллектором имеет высокую входную конфигурацию и низкое выходное сопротивление. Он имеет низкий коэффициент усиления по напряжению, высокий коэффициент усиления по току и средний коэффициент усиления по мощности. Эта конфигурация в основном используется для согласования импеданса, то есть источник с высоким импедансом используется для управления нагрузкой с низким импедансом.
Входные характеристики конфигурации общего коллектора:
| Входные характеристики конфигурации с общим коллектором |
Входные характеристики представляют собой соотношение между входным током и входным напряжением при неизменном выходном напряжении. Здесь входной ток IB, входное напряжение VBE и выходное напряжение VCE.
Выходное напряжение VCE первоначально поддерживалось на уровне 3 В и оставалось постоянным. Входное напряжение VBE постепенно увеличивают от нуля и отмечают соответствующий входной ток IB.
Затем выходное напряжение, которое поддерживают постоянным, увеличивают, скажем, на 5 В и поддерживают постоянным, постепенно увеличивают выходное напряжение и отмечают входной ток. График построен со всеми отмеченными значениями.
Выходные характеристики общей конфигурации коллектора:
| Выходные характеристики общей конфигурации коллектора |
Выходные характеристики — это взаимосвязь между выходным током и выходным напряжением.
Здесь выходной ток равен IE, выходное напряжение равно VCE, а входной ток равен IB.
Первоначально входной ток IB поддерживается равным нулю и поддерживается постоянным. Медленно входной ток IB увеличивается, например, на 10 мкА, 20 мкА, и поддерживается постоянным, а выходное напряжение VCE постепенно увеличивается от нуля, и отмечается соответствующий выходной ток IE.
Когда входной ток равен нулю, ток в транзисторе не течет, и это называется областью отсечки. Когда входной ток очень высок, ток через транзистор также очень велик, и транзистор будет находиться в области насыщения.
Область, в которой происходит изменение выходного тока при изменении выходного напряжения, является активной областью. Здесь активная область выглядит почти плоской.
Усилитель с общим коллектором BJT | mbedded.ninja
Содержание
Обзор
Усилитель BJT с общим коллектором представляет собой одну из трех основных топологий однокаскадных усилителей BJT.
Топология усилителя с общим коллектором также известна как усилитель эмиттерного повторителя или 9.0120 повторитель напряжения . Он имеет высокий входной импеданс, низкий выходной импеданс и неинвертирующий коэффициент усиления около 1. Он НЕ обеспечивает усиление по напряжению, но может обеспечить усиление по току и, следовательно, общее усиление по мощности. Из-за своих «буферных» возможностей он часто используется между входами с высоким импедансом и выходами с низким импедансом (т. е. он хорош для управления энергоемкими нагрузками) 1 .
Аналогом MOSFET усилителя с общим коллектором на биполярных транзисторах является усилитель с общим стоком .
Properties:
| Voltage Gain | Low |
| Current Gain | High |
| Power Gain | Medium |
| Input Impedance | High |
| Output Impedance | Низкий |
| Фазовый сдвиг | 0° |
Строчные буквы, используемые ниже, обозначают изменения количества, например, \(V_C\) — это напряжение на коллекторе, а \(v_c\) — изменение напряжения на коллекторе, \(\Delta V_C\) .
Базовый усилитель с общим коллектором
Ниже показана схема базового усилителя с общим коллектором:
Базовая схема усилителя с общим коллектором.
Выходное напряжение почти равно входному, за исключением примерно \(0,7В\) диодного падения на переходе база-эмиттер. Это означает, что усилитель имеет коэффициент усиления по напряжению почти единицу (1), или \(0дБ\) .
\начать{выравнивание} v_{выход} = v_{вход} — 0,7 В \\ \end{align}
Вот график \(v_{in}\) по сравнению с \(v_{out}\) для приведенной выше схемы с \(R1=1k\Omega\) :
\(V_{out}\) по сравнению с \(V_{in}\) для базового BJT-усилителя с общим коллектором.
(файл моделирования Micro-Cap: Circuit.cir)
Усилитель с общим коллектором моделируется в схемах ниже:
(полностраничная версия)
Усилитель с общим коллектором со связью по переменному току и смещением по постоянному току
Можно сделать более полезный усилитель с общим коллектором, в котором переменный ток связывает вход и обеспечивает точку смещения по постоянному току на базе биполярного транзистора.
Ниже приведена схема усилителя, построенного на транзисторе NPN:
Схема усилителя BJT NPN с общим коллектором, связанного по переменному току.
Модель слабого сигнала переменного тока для этой цепи показана ниже. Шины постоянного напряжения и конденсаторы закорочены.
Модель переменного тока со слабым сигналом для BJT-усилителя с общим коллектором и связью по переменному току.
\(r_e\) — сопротивление эмиттера слабого сигнала, которое является внутренним для BJT.
Коэффициент усиления по напряжению без нагрузки
Коэффициент усиления по напряжению слабого сигнала без нагрузки усилителя с общим коллектором находится путем игнорирования \(R_L\) в модели переменного тока слабого сигнала схемы с общим коллектором. По определению выигрыш равен:
\begin{align} A_V = \frac{v_{out}}{v_{in}} \\ \end{align}
Помните, что \(v_{in}\) и \(v_{out}\) в нижнем регистре и представляют изменения в сигнале (т.
е. дельты, и игнорируют их уровни постоянного тока). Таким образом, изменение \(v_{out}\) — это просто изменение напряжения эмиттера, а изменение \(v_{in}\) — это просто изменение базового напряжения. Мы также можем применить закон Ома, чтобы получить:
\begin{align} A_V &= \frac{v_e}{v_b} \nonumber \\ &= \frac{i_c R_E}{i_c(r_e + R_E)} \nonumber \\ &= \frac{R_E}{r_e + R_E} \\ \end{align}
Входное сопротивление
Входное сопротивление базы транзистора:
\begin{выравнивание} Z_{in(base)} &= \beta (r_e + R_E) \nonumber \\ \end{align}
Тогда общее входное сопротивление равно базовому входному сопротивлению, включенному параллельно с обоими базовыми резисторами:
\begin{align} Z_{in} &= Z_{in(база)} || Р_{В1} || R_{B2} \номер\\ \end{align}
Дополнительная литература
Проект усилителя с общим коллектором Кеннет А. Кун подробно описывает конструкцию усилителя с точными уравнениями и соображениями 2 .
