Collecteur commun de transistor

Un amplificateur à collecteur commun BJT est un circuit dans lequel le collecteur et la base du BJT partagent une alimentation d'entrée commune, d'où le nom de collecteur commun.

Dans nos articles précédents, nous avons appris les deux autres configurations de transistors, à savoir le base commune et le émetteur commun .

Dans cet article, nous discutons de la troisième et de la conception finale qui s'appelle le configuration de collecteur commun ou bien il est également connu émetteur-suiveur.

L'image de cette configuration est illustrée ci-dessous en utilisant les directions d'écoulement du courant standard et les notations de tension:

Caractéristique principale de l'amplificateur à collecteur commun

La caractéristique principale et le but de l'utilisation d'une configuration de collecteur commun BJT est adaptation d'impédance .

Ceci est dû au fait que cette configuration possède une impédance d'entrée élevée et une impédance de sortie faible.

Cette caractéristique est en fait l'opposé des deux autres configurations à base commune et à émetteur commun.

Fonctionnement de l'amplificateur de collecteur commun

Sur la figure ci-dessus, nous pouvons voir que la charge est ici attachée avec la broche émettrice du transistor et le collecteur est connecté à une référence commune par rapport à la base (entrée).

Cela signifie que le collecteur est commun à la fois à la charge d'entrée et à la charge de sortie. En d'autres termes, l'alimentation venant de la base et le collecteur partagent tous deux la polarité commune. Ici, la base devient l'entrée et l'émetteur devient la sortie.

Il serait intéressant de noter que, bien que la configuration ressemble à notre précédente configuration d'émetteur commun, le collecteur peut être vu attaché avec la «Source commune».

En ce qui concerne les caractéristiques de conception, nous n'avons pas à incorporer l'ensemble des caractéristiques communes du collecteur pour établir les paramètres du circuit.

Pour toutes les implémentations pratiques, les caractéristiques de sortie d'une configuration de collecteur commun seront exactes telles qu'attribuées pour l'émetteur commun

Therfeore, nous pouvons simplement le concevoir en utilisant les caractéristiques utilisées pour le réseau émetteur commun .

Pour chaque configuration de collecteur commun, les caractéristiques de sortie sont tracées en appliquant I EST vs V CE pour le je disponible B plage de valeurs.

Cela implique que l'émetteur commun et le collecteur commun ont des valeurs de courant d'entrée identiques.

Pour obtenir l'axe horizontal d'un collecteur commun, il suffit de changer la polarité de la tension collecteur-émetteur dans les caractéristiques d'un émetteur commun.

Enfin, vous verrez qu'il n'y a guère de différence dans l'échelle verticale d'un émetteur commun I C , si cela est interchangé avec I EST dans les caractéristiques d'un collecteur commun, (depuis ∝ ≅ 1).

Lors de la conception du côté entrée, nous pouvons appliquer les caractéristiques de base de l'émetteur commun afin d'obtenir les données essentielles.

Limites de fonctionnement

Pour tout BJT, les limites de fonctionnement se réfèrent à la région opérationnelle sur ses caractéristiques qui indiquent sa plage maximale tolérable et le point où le transistor peut fonctionner avec des distorsions minimales.

L'image suivante montre comment cela est défini pour les caractéristiques BJT.

Vous trouverez également ces limites de fonctionnement sur toutes les fiches techniques des transistors.

Quelques-unes de ces limites de fonctionnement sont facilement compréhensibles, par exemple on sait quel est le courant maximal du collecteur (appelé continu courant collecteur dans les fiches techniques) et tension maximale collecteur-émetteur (généralement abrégée en V PDG dans les fiches techniques).

Pour l'exemple BJT démontré dans le graphique ci-dessus, nous trouvons I C (max) est spécifié comme 50 mA et V PDG comme 20 V.

La ligne verticale dessinée indiquée par V CE (village) sur la caractéristique, présente le minimum V CE qui peut être mis en œuvre sans traverser la région non linéaire, indiquée par le nom de «région de saturation».

Le V CE (village) spécifié pour les BJT est normalement d'environ 0,3V.

Le niveau de dissipation le plus élevé possible est calculé à l'aide de la formule suivante:

Dans l'image caractéristique ci-dessus, la dissipation de puissance supposée du collecteur du BJT est indiquée comme 300 mW.

Maintenant, la question est de savoir quelle est la méthode par laquelle nous pouvons tracer la courbe de dissipation de puissance du collecteur, définie par les spécifications suivantes:

EST

Cela implique que le produit de V CE et moi C doit être égal à 300 mW, en tout point des caractéristiques.

Si je suppose C a une valeur maximale de 50 mA, la remplacer dans l'équation ci-dessus nous donne les résultats suivants:

Les résultats ci-dessus nous indiquent que si je C = 50mA, puis V CE sera de 6 V sur la courbe de dissipation de puissance, comme le montre la figure 3.22.

Maintenant, si nous choisissons V CE avec la valeur la plus élevée de 20V, alors le I C le niveau sera celui estimé ci-dessous:

Ceci établit le deuxième point sur la courbe de puissance.

Maintenant, si nous sélectionnons un niveau de I C à mi-chemin, disons à 25mA, et appliquez-le sur le niveau résultant de V CE , alors nous obtenons la solution suivante:

La même chose est prouvée sur la figure 3.22 également.

Les 3 points expliqués peuvent être appliqués efficacement pour obtenir une valeur approximative de la courbe réelle. Nul doute que nous pouvons utiliser plus de points pour l'estimation et obtenir une précision encore meilleure, néanmoins une approximation devient juste suffisante pour la plupart des applications.

La zone qui peut être vue ci-dessous I C = Je PDG s'appelle le région limite . Cette région ne doit pas être atteinte pour assurer un fonctionnement sans distorsion du BJT.

Référence de la fiche technique

Vous verrez de nombreuses fiches techniques fournissant uniquement le I CBO évaluer. Dans de telles situations, nous pouvons appliquer la formule

je PDG = βI CBO. Cela nous aidera à avoir une compréhension approximative du niveau de coupure en l'absence des courbes caractéristiques.

Dans les cas où vous ne parvenez pas à accéder aux courbes caractéristiques d'une fiche technique donnée, il peut être impératif pour vous de confirmer que les valeurs de I C, V CE , et leur produit V CE x je C rester dans la plage spécifiée dans ce qui suit Éq 3.17.

Résumé

Le collecteur commun est une configuration de transistor (BJT) bien connue parmi les trois autres de base, et est utilisé chaque fois qu'un transistor doit être dans le mode tampon, ou comme tampon de tension.

Comment connecter un amplificateur de collecteur commun

Dans cette configuration, la base du transistor est câblée pour recevoir l'alimentation de déclenchement d'entrée, le fil de l'émetteur est connecté en tant que sortie et le collecteur est connecté à l'alimentation positive, de sorte que le collecteur devient une borne commune à travers l'alimentation de déclenchement de la base. Vbb et l'alimentation positive réelle de Vdd.

Cette connexion commune lui donne le nom de collecteur commun.

La configuration du collecteur commun BJT est également appelée circuit émetteur suiveur pour la simple raison que la tension de l'émetteur suit la tension de base par rapport à la terre, ce qui signifie que le fil de l'émetteur déclenche une tension uniquement lorsque la tension de base est capable de croiser le 0.6V marque.

Par conséquent, si par exemple la tension de base est de 6 V, alors la tension de l'émetteur sera de 5,4 V, car l'émetteur doit fournir une baisse de 0,6 V ou un effet de levier sur la tension de base pour permettre au transistor de conduire, d'où le nom émetteur suiveur.

En termes simples, la tension de l'émetteur sera toujours inférieure d'un facteur d'environ 0,6 V à la tension de base car à moins que cette baisse de polarisation ne soit maintenue, le transistor ne conduira jamais. Ce qui signifie qu'aucune tension ne peut apparaître à la borne de l'émetteur, par conséquent, la tension de l'émetteur suit constamment la tension de base en s'ajustant elle-même d'une différence d'environ -0,6V.

Comment fonctionne l'émetteur suiveur

Supposons que nous appliquons 0,6 V à la base d'un BJT dans un circuit collecteur commun. Cela produira une tension nulle au niveau de l'émetteur, car le transistor n'est tout simplement pas complètement dans l'état conducteur.

Supposons maintenant que cette tension augmente lentement à 1 V, cela peut permettre au fil de l'émetteur de produire une tension qui peut être d'environ 0,4 V, de même que cette tension de base est augmentée à 1,6 V, l'émetteur suivra jusqu'à environ 1 V ... Cela montre comment l'émetteur continue de suivre la base avec une différence d'environ 0,6 V, ce qui est le niveau de polarisation typique ou optimal de tout BJT.

Un circuit de transistor à collecteur commun présentera un gain de tension unitaire, ce qui signifie que le gain de tension pour cette configuration n'est pas trop impressionnant, mais juste à égalité avec l'entrée.

Mathématiquement, ce qui précède peut être exprimé comme suit:

Version PNP du circuit émetteur suiveur, toutes les polarités sont inversées.

Même le plus petit des écarts de tension à la base d'un transistor de collecteur commun est dupliqué à travers le conducteur d'émetteur, qui dans une certaine mesure dépend du gain (Hfe) du transistor et de la résistance de la charge attachée).

Le principal avantage de ce circuit est sa fonction d'impédance d'entrée élevée, qui permet au circuit de fonctionner efficacement quel que soit le courant d'entrée ou la résistance de charge, ce qui signifie que même des charges énormes peuvent être efficacement exploitées avec des entrées ayant un courant minimal.

C'est pourquoi un collecteur commun est utilisé comme tampon, c'est-à-dire un étage qui intègre efficacement les opérations à forte charge à partir d'une source de courant relativement faible (exemple une source TTL ou Arduino)

L'impédance d'entrée élevée est exprimée par la formule:

et la petite impédance de sortie, de sorte qu'il peut conduire des charges à faible résistance:

En pratique, la résistance de l'émetteur pourrait être nettement plus grande et peut donc être ignorée dans la formule ci-dessus, qui nous donne enfin la relation:

Gain actuel

Le gain de courant pour une configuration de transistor de collecteur commun est élevé, car le collecteur étant directement connecté à la ligne positive est capable de transmettre la quantité totale de courant requise à la charge connectée via le fil d'émetteur.

Par conséquent, si vous vous demandez combien de courant un émetteur suiveur serait capable de fournir à la charge, soyez assuré que ce ne sera pas un problème car la charge serait toujours entraînée avec un courant optimal à partir de cette configuration.

Exemple de circuits d'application pour le collecteur commun BJT

Certains des exemples classiques de circuits d'application à émetteur suiveur ou à transistor à collecteur commun peuvent être vus dans les exemples suivants.

Circuit d'alimentation à tension variable de 100 A

Circuit de chargeur de téléphone portable CC utilisant un seul transistor

Circuit de chargeur de batterie à courant élevé à transistor unique