Un amplificador de colector común BJT es un circuito en el que el colector y la base del BJT comparten una fuente de entrada común, de ahí el nombre colector común.
En nuestros artículos anteriores hemos aprendido las otras dos configuraciones de transistores, a saber, el Base común y el emisor común .
En este artículo discutimos el tercer y último diseño que se llama el configuración de colector común o alternativamente también se conoce emisor-seguidor.
La imagen de esta configuración se muestra a continuación utilizando las direcciones de flujo de corriente estándar y las anotaciones de voltaje:
Característica principal del amplificador colector común
La característica principal y el propósito de usar una configuración de colector común BJT es coincidencia de impedancia .
Esto se debe al hecho de que esta configuración posee una alta impedancia de entrada y una baja impedancia de salida.
Esta característica es en realidad opuesta a las otras dos configuraciones de base común y emisor común.
Cómo funciona el amplificador colector común
En la figura anterior podemos ver que la carga aquí está unida con el pin emisor del transistor y el colector está conectado a una referencia común con respecto a la base (entrada).
Es decir, el colector es común tanto a la carga de entrada como a la de salida. En otras palabras, el suministro que llega a la base y el colector comparten la polaridad común. Aquí, la base se convierte en la entrada y el emisor se convierte en la salida.
Sería interesante notar que, aunque la configuración se asemeja a nuestra configuración de emisor común anterior, el colector puede verse adjunto con la 'Fuente común'.
Con respecto a las características de diseño, no tenemos que incorporar el conjunto de características comunes del colector para establecer los parámetros del circuito.
Para todas las implementaciones prácticas, las características de salida de una configuración de colector común serán exactas según lo atribuido al emisor común.
Por lo tanto, simplemente podemos diseñarlo utilizando las características empleadas para el red de emisores comunes .
Para cada configuración de colector común, las características de salida se trazan aplicando I ES vs V EC para el disponible yo B rango de valores.
Esto implica que tanto el emisor común como el colector común tienen valores de corriente de entrada idénticos.
Para lograr el eje horizontal de un colector común, solo necesitamos cambiar la polaridad del voltaje colector-emisor en las características de un emisor común.
Finalmente, verá que apenas hay diferencia en la escala vertical de un emisor común I C , si esto se intercambia con yo ES en unas características de colector común, (desde ∝ ≅ 1).
Al diseñar el lado de la entrada, podemos aplicar las características base del emisor común para lograr los datos esenciales.
Límites de operación
Para cualquier BJT, los límites de operación se refieren a la región operativa sobre sus características que indican su rango máximo tolerable y el punto donde el transistor puede trabajar con distorsiones mínimas.
La siguiente imagen muestra cómo se define esto para las características de BJT.
También encontrará estos límites de operación en todas las hojas de datos de transistores.
Algunos de estos límites de operación son fácilmente comprensibles, por ejemplo, sabemos cuál es la corriente máxima del colector (denominada continuo corriente de colector en hojas de datos) y voltaje máximo de colector a emisor (generalmente abreviado como V CEO en hojas de datos).
Para el ejemplo de BJT demostrado en el gráfico anterior, encontramos I C (máx.) se especifica como 50 mA y V CEO como 20 V.
La línea vertical dibujada indicada como V EC (pueblo) en la característica, exhibe el mínimo V ESTA que se puede implementar sin cruzar la región no lineal, indicada con el nombre 'región de saturación'.
La V EC (pueblo) especificado para BJT es normalmente de alrededor de 0,3 V.
El nivel de disipación más alto posible se calcula utilizando la siguiente fórmula:
En la imagen característica anterior, la disipación de potencia del colector del BJT supuesta se muestra como 300 mW.
Ahora la pregunta es, cuál es el método mediante el cual podemos trazar la curva de disipación de potencia del colector, definida por las siguientes especificaciones:
ES
Esto implica que el producto de V ESTA y yo C debe ser igual a 300mW, en cualquier punto de las características.
Si supongo que yo C tiene un valor máximo de 50mA, sustituyéndolo en la ecuación anterior nos da los siguientes resultados:
Los resultados anteriores nos dicen que si yo C = 50mA, luego V ESTA será de 6 V en la curva de disipación de potencia, como se demuestra en la figura 3.22.
Ahora si elegimos V ESTA con el valor más alto de 20 V, entonces el I C El nivel será el estimado a continuación:
Esto establece el segundo punto sobre la curva de potencia.
Ahora, si seleccionamos un nivel de I C alrededor de la mitad, digamos a 25 mA, y aplíquelo en el nivel resultante de V ESTA , luego obtenemos la siguiente solución:
Lo mismo se demuestra también en la figura 3.22.
Los 3 puntos explicados se pueden aplicar eficazmente para obtener un valor aproximado de la curva real. Sin duda, podemos usar más puntos para la estimación y obtener una precisión aún mayor; sin embargo, una aproximación se vuelve suficiente para la mayoría de las aplicaciones.
El área que se puede ver debajo de I C = Yo CEO se llama el región de corte . Esta región no debe alcanzarse para garantizar un funcionamiento sin distorsiones del BJT.
Referencia de la hoja de datos
Verá muchas hojas de datos que solo proporcionan la I CBO valor. En tales situaciones podemos aplicar la fórmula
yo CEO = βI CBO. Esto nos ayudará a obtener una comprensión aproximada del nivel de corte en ausencia de las curvas características.
En los casos en que no pueda acceder a las curvas características de una hoja de datos determinada, puede ser imperativo que confirme que los valores de I C, V ESTA , y su producto V ESTA x yo C permanecer dentro del rango especificado en el siguiente Ecuación 3.17.
Resumen
El colector común es una configuración de transistor bien conocida (BJT) entre las otras tres básicas, y se usa siempre que se requiere que un transistor esté en el modo de búfer o como búfer de voltaje.
Cómo conectar un amplificador colector común
En esta configuración, la base del transistor está cableada para recibir el suministro del disparador de entrada, el cable del emisor está conectado como salida y el colector está conectado con el suministro positivo, de modo que el colector se convierte en un terminal común a través del suministro del disparador de la base. Vbb y el suministro positivo real Vdd.
Esta conexión común le da el nombre de colector común.
La configuración BJT del colector común también se denomina circuito seguidor del emisor debido a la sencilla razón de que el voltaje del emisor sigue al voltaje base con referencia a la tierra, lo que significa que el cable del emisor inicia un voltaje solo cuando el voltaje base es capaz de cruzar los 0,6 V Marcos.
Por lo tanto, si, por ejemplo, el voltaje base es 6V, entonces el voltaje del emisor será 5.4V, porque el emisor tiene que proporcionar una caída o apalancamiento de 0.6V al voltaje base para permitir que el transistor conduzca, y de ahí el nombre seguidor del emisor.
En términos simples, el voltaje del emisor será siempre menor en un factor de alrededor de 0,6 V que el voltaje base porque a menos que se mantenga esta caída de polarización, el transistor nunca conducirá. Lo que a su vez significa que no puede aparecer voltaje en el terminal del emisor, por lo tanto, el voltaje del emisor sigue constantemente el voltaje base ajustándose a sí mismo por una diferencia de alrededor de -0,6 V.
Cómo funciona el seguidor emisor
Supongamos que aplicamos 0,6 V en la base de un BJT en un circuito colector común. Esto producirá voltaje cero en el emisor, porque el transistor simplemente no está completamente en el estado de conducción.
Ahora suponga que este voltaje aumenta lentamente a 1 V, esto puede permitir que el cable del emisor produzca un voltaje que puede ser de alrededor de 0,4 V, de manera similar, si este voltaje base aumenta a 1,6 V hará que el emisor siga hasta alrededor de 1 V ... Esto muestra cómo el emisor sigue la base con una diferencia de alrededor de 0,6 V, que es el nivel de polarización típico o óptimo de cualquier BJT.
Un circuito de transistor de colector común exhibirá una ganancia de voltaje unitaria, lo que significa que la ganancia de voltaje para esta configuración no es demasiado impresionante, sino que está a la par con la entrada.
Matemáticamente lo anterior se puede expresar como:
Versión PNP del circuito seguidor del emisor, todas las polaridades están invertidas.
Incluso la más pequeña de las desviaciones de voltaje en la base de un transistor colector común se duplica en el cable del emisor, que hasta cierto punto depende de la ganancia (Hfe) del transistor y la resistencia de la carga adjunta).
El principal beneficio de este circuito es su característica de alta impedancia de entrada, que permite que el circuito funcione de manera eficiente independientemente de la corriente de entrada o la resistencia de carga, lo que significa que incluso grandes cargas se pueden operar de manera eficiente con entradas que tienen una corriente mínima.
Es por eso que se usa un colector común como búfer, es decir, una etapa que integra de manera eficiente operaciones de alta carga de una fuente de corriente relativamente débil (por ejemplo, una fuente TTL o Arduino)
La alta impedancia de entrada se expresa con la fórmula:
y la pequeña impedancia de salida, por lo que puede impulsar cargas de baja resistencia:
Prácticamente viendo, la resistencia del emisor podría ser significativamente mayor y, por lo tanto, se puede ignorar en la fórmula anterior, que finalmente nos da la relación:
Ganancia de corriente
La ganancia de corriente para una configuración de transistor de colector común es alta, porque el colector que está conectado directamente con la línea positiva puede pasar la cantidad total de corriente requerida a la carga conectada a través del cable del emisor.
Por lo tanto, si se está preguntando cuánta corriente podría proporcionar un seguidor de emisor a la carga, tenga la seguridad de que no será un problema, ya que la carga siempre se conducirá con una corriente óptima de esta configuración.
Ejemplo de circuitos de aplicación para colector común BJT
Algunos de los ejemplos clásicos de circuitos de aplicación de transistor colector común o seguidor de emisor se pueden ver en los siguientes ejemplos.
Circuito de suministro de energía de voltaje variable de 100 amperios
Circuito del cargador de teléfono celular de CC con un solo transistor
Circuito del cargador de batería de alta corriente de un solo transistor
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