Transistorkonfigurationen

Jeder Transistor hat drei Anschlüsse, die emitter, das base, und die collector. Mit diesen 3 Anschlüssen kann der Transistor in einer Schaltung mit einem Anschluss verbunden werden, der sowohl dem Eingang als auch dem Ausgang in drei verschiedenen möglichen Konfigurationen gemeinsam ist.

Die drei Arten von Konfigurationen sind Common Base, Common Emitter und Common CollectorKonfigurationen. In jeder Konfiguration ist der Emitterübergang in Vorwärtsrichtung vorgespannt und der Kollektorübergang ist in Rückwärtsrichtung vorgespannt.

Common Base (CB) -Konfiguration

Der Name selbst impliziert, dass die BaseDer Anschluss wird als gemeinsamer Anschluss sowohl für den Eingang als auch für den Ausgang des Transistors verwendet. Die gemeinsame Basisverbindung für NPN- und PNP-Transistoren ist in der folgenden Abbildung dargestellt.

Betrachten wir zum besseren Verständnis den NPN-Transistor in der CB-Konfiguration. Wenn die Emitterspannung angelegt wird, während sie in Vorwärtsrichtung vorgespannt ist, stoßen die Elektronen vom negativen Anschluss die Emitterelektronen ab und der Strom fließt durch den Emitter und die Basis zum Kollektor, um den Kollektorstrom beizutragen. Die Kollektorspannung V CB wird dabei konstant gehalten.

In der CB-Konfiguration ist der Eingangsstrom der Emitterstrom IE und der Ausgangsstrom ist der Kollektorstrom IC.

Stromverstärkungsfaktor (α)

Das Verhältnis der Änderung des Kollektorstroms (ΔI C ) zur Änderung des Emitterstroms (ΔI E ), wenn die Kollektorspannung V CB konstant gehalten wird, wird als bezeichnetCurrent amplification factor. Es wird mit bezeichnetα.

$ \ alpha = \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_E} $ bei konstanter V CB

Ausdruck für Kollektorstrom

Lassen Sie uns mit der obigen Idee versuchen, einen Ausdruck für den Kollektorstrom zu zeichnen.

Zusammen mit dem fließenden Emitterstrom gibt es eine gewisse Menge an Basisstrom IBdie aufgrund der Elektronenlochrekombination durch den Basisanschluss fließt. Da der Kollektor-Basis-Übergang in Sperrrichtung vorgespannt ist, fließt aufgrund von Minoritätsladungsträgern ein weiterer Strom. Dies ist der Leckstrom, der verstanden werden kann alsIleakage. Dies ist auf Ladungsträger von Minderheiten zurückzuführen und daher sehr gering.

Der Emitterstrom, der den Kollektoranschluss erreicht, beträgt

$$ \ alpha I_E $$

Gesamtkollektorstrom

$$ I_C = \ alpha I_E + I_ {Leckage} $$

Wenn die Emitter-Basis-Spannung V EB = 0 ist, fließt selbst dann ein kleiner Leckstrom, der als I CBO (Kollektor-Basis-Strom mit offenem Ausgang) bezeichnet werden kann.

Der Kollektorstrom kann daher ausgedrückt werden als

$$ I_C = \ alpha I_E + I_ {CBO} $$

$$ I_E = I_C + I_B $$

$$ I_C = \ alpha (I_C + I_B) + I_ {CBO} $$

$$ I_C (1 - \ alpha) = \ alpha I_B + I_ {CBO} $$

$$ I_C = \ frac {\ alpha} {1 - \ alpha} I_B + \ frac {I_ {CBO}} {1 - \ alpha} $$

$$ I_C = \ left (\ frac {\ alpha} {1 - \ alpha} \ right) I_B + \ left (\ frac {1} {1 - \ alpha} \ right) I_ {CBO} $$

Daher ist das oben abgeleitete der Ausdruck für den Kollektorstrom. Der Wert des Kollektorstroms hängt vom Basisstrom und dem Leckstrom zusammen mit dem Stromverstärkungsfaktor des verwendeten Transistors ab.

Eigenschaften der CB-Konfiguration

  • Diese Konfiguration bietet eine Spannungsverstärkung, jedoch keine Stromverstärkung.

  • Wenn die V CB- Konstante mit einem geringen Anstieg der Emitter-Basisspannung V EB konstant ist, wird der Emitterstrom I E erhöht.

  • Der Emitterstrom I E ist unabhängig von der Kollektorspannung V CB .

  • Die Kollektorspannung V CB kann den Kollektorstrom I C nur bei niedrigen Spannungen beeinflussen, wenn V EB konstant gehalten wird.

  • Der Eingangswiderstand Riist das Verhältnis der Änderung der Emitter-Basis-Spannung (ΔV EB ) zur Änderung des Emitter-Stroms (ΔI E ) bei konstanter Kollektor-Basis-Spannung V CB .

$ R_i = \ frac {\ Delta V_ {EB}} {\ Delta I_E} $ bei konstanter V CB

  • Da der Eingangswiderstand sehr niedrig ist, reicht ein kleiner Wert von V EB aus, um einen großen Stromfluss des Emitterstroms I E zu erzeugen .

  • Der Ausgangswiderstand Roist das Verhältnis der Änderung der Kollektorbasisspannung (ΔV CB ) zur Änderung des Kollektorstroms (ΔI C ) bei konstantem Emitterstrom IE.

$ R_o = \ frac {\ Delta V_ {CB}} {\ Delta I_C} $ bei konstanter I E.

  • Da der Ausgangswiderstand von sehr hohem Wert ist, eine große Änderung in V CB erzeugt eine sehr geringe Änderung des Kollektorstrom I C .

  • Diese Konfiguration bietet eine gute Stabilität gegen Temperaturanstieg.

  • Die CB-Konfiguration wird für Hochfrequenzanwendungen verwendet.

Common Emitter (CE) -Konfiguration

Der Name selbst impliziert, dass die EmitterDer Anschluss wird als gemeinsamer Anschluss sowohl für den Eingang als auch für den Ausgang des Transistors verwendet. Die gemeinsame Emitterverbindung für NPN- und PNP-Transistoren ist in der folgenden Abbildung dargestellt.

Genau wie in der CB-Konfiguration ist der Emitterübergang in Vorwärtsrichtung und der Kollektorübergang in Rückwärtsrichtung vorgespannt. Der Elektronenfluss wird auf die gleiche Weise gesteuert. Der Eingangsstrom ist der BasisstromIB und der Ausgangsstrom ist der Kollektorstrom IC Hier.

Basisstromverstärkungsfaktor (β)

Das Verhältnis der Änderung des Kollektorstroms (ΔI C ) zur Änderung des Basisstroms (ΔI B ) ist bekannt alsBase Current Amplification Factor. Es wird mit β bezeichnet.

$$ \ beta = \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_B} $$

Beziehung zwischen β und α

Versuchen wir, die Beziehung zwischen dem Basisstromverstärkungsfaktor und dem Emitterstromverstärkungsfaktor abzuleiten.

$$ \ beta = \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_B} $$

$$ \ alpha = \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_E} $$

$$ I_E = I_B + I_C $$

$$ \ Delta I_E = \ Delta I_B + \ Delta I_C $$

$$ \ Delta I_B = \ Delta I_E - \ Delta I_C $$

Wir können schreiben

$$ \ beta = \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_E - \ Delta I_C} $$

Teilen durch ΔI E.

$$ \ beta = \ frac {\ Delta I_C / \ Delta I_E} {\ frac {\ Delta I_E} {\ Delta I_E} - \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_E}} $$

Wir haben

$$ \ alpha = \ Delta I_C / \ Delta I_E $$

Deshalb,

$$ \ beta = \ frac {\ alpha} {1 - \ alpha} $$

Aus der obigen Gleichung ist ersichtlich, dass β unendlich wird, wenn sich α 1 nähert.

Daher, the current gain in Common Emitter connection is very high. Dies ist der Grund, warum diese Schaltungsverbindung hauptsächlich in allen Transistoranwendungen verwendet wird.

Ausdruck für Kollektorstrom

In der Common Emitter-Konfiguration ist I B der Eingangsstrom und I C der Ausgangsstrom.

Wir wissen

$$ I_E = I_B + I_C $$

Und

$$ I_C = \ alpha I_E + I_ {CBO} $$

$$ = \ alpha (I_B + I_C) + I_ {CBO} $$

$$ I_C (1 - \ alpha) = \ alpha I_B + I_ {CBO} $$

$$ I_C = \ frac {\ alpha} {1 - \ alpha} I_B + \ frac {1} {1 - \ alpha} I_ {CBO} $$

Wenn der Basisstromkreis offen ist, dh wenn I B = 0 ist,

Der Kollektor-Emitter-Strom bei offener Basis ist I CEO

$$ I_ {CEO} = \ frac {1} {1 - \ alpha} I_ {CBO} $$

Wenn wir den Wert davon in die vorherige Gleichung einsetzen, erhalten wir

$$ I_C = \ frac {\ alpha} {1 - \ alpha} I_B + I_ {CEO} $$

$$ I_C = \ beta I_B + I_ {CEO} $$

Somit wird die Gleichung für den Kollektorstrom erhalten.

Kniespannung

In CE Konfiguration, indem der Strom I Basis B konstant ist , wenn V CE variiert, I C erhöht fast auf 1V von V CE und bleibt danach konstant. Dieser Wert von V CE, bis zu dem sich der Kollektorstrom I C mit V CE ändert, wird als bezeichnetKnee Voltage. Die Transistoren werden während des Betriebs in CE-Konfiguration oberhalb dieser Kniespannung betrieben.

Eigenschaften der CE-Konfiguration

  • Diese Konfiguration bietet eine gute Stromverstärkung und Spannungsverstärkung.

  • Wenn V CE konstant gehalten wird, steigt der Basisstrom I B mit einem geringen Anstieg von V BE schnell an als in CB-Konfigurationen.

  • Für jeden Wert von V CE über Kniespannung, I C ist ßl ungefähr gleich B .

  • Der Eingangswiderstand Riist das Verhältnis der Änderung der Basisemitterspannung (ΔV BE ) zur Änderung des Basisstroms (ΔI B ) bei konstanter Kollektoremitterspannung V CE .

$ R_i = \ frac {\ Delta V_ {BE}} {\ Delta I_B} $ bei konstanter V CE

  • Da der Eingangswiderstand einen sehr niedrigen Wert hat, reicht ein kleiner Wert von V BE aus, um einen großen Stromfluss des Basisstroms I B zu erzeugen .

  • Der Ausgangswiderstand Roin Kollektor ist das Verhältnis der Veränderung Emitter - Spannung (& Dgr; V CE ) zu der Änderung des Kollektorstroms (& Dgr; I C ) bei konstanten I B .

$ R_o = \ frac {\ Delta V_ {CE}} {\ Delta I_C} $ bei konstanter I B.

  • Da der Ausgangswiderstand der CE-Schaltung geringer ist als der der CB-Schaltung.

  • Diese Konfiguration wird normalerweise für Vorspannungsstabilisierungsverfahren und Audiofrequenzanwendungen verwendet.

Common Collector (CC) -Konfiguration

Der Name selbst impliziert, dass die CollectorDer Anschluss wird als gemeinsamer Anschluss sowohl für den Eingang als auch für den Ausgang des Transistors verwendet. Die gemeinsame Kollektorverbindung für NPN- und PNP-Transistoren ist in der folgenden Abbildung dargestellt.

Genau wie bei CB- und CE-Konfigurationen ist der Emitterübergang in Vorwärtsrichtung und der Kollektorübergang in Rückwärtsrichtung vorgespannt. Der Elektronenfluss wird auf die gleiche Weise gesteuert. Der Eingangsstrom ist der BasisstromIB und der Ausgangsstrom ist der Emitterstrom IE Hier.

Stromverstärkungsfaktor (γ)

Das Verhältnis der Änderung des Emitterstroms (ΔI E ) zur Änderung des Basisstroms (ΔI B ) ist bekannt alsCurrent Amplification factorin der Common Collector (CC) -Konfiguration. Es wird mit γ bezeichnet.

$$ \ gamma = \ frac {\ Delta I_E} {\ Delta I_B} $$

  • Die Stromverstärkung in der CC-Konfiguration ist dieselbe wie in der CE-Konfiguration.
  • Die Spannungsverstärkung in der CC-Konfiguration beträgt immer weniger als 1.

Beziehung zwischen γ und α

Versuchen wir, eine Beziehung zwischen γ und α zu ziehen

$$ \ gamma = \ frac {\ Delta I_E} {\ Delta I_B} $$

$$ \ alpha = \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_E} $$

$$ I_E = I_B + I_C $$

$$ \ Delta I_E = \ Delta I_B + \ Delta I_C $$

$$ \ Delta I_B = \ Delta I_E - \ Delta I_C $$

Wenn wir den Wert von I B einsetzen , erhalten wir

$$ \ gamma = \ frac {\ Delta I_E} {\ Delta I_E - \ Delta I_C} $$

Teilen durch ΔI E.

$$ \ gamma = \ frac {\ Delta I_E / \ Delta I_E} {\ frac {\ Delta I_E} {\ Delta I_E} - \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_E}} $$

$$ = \ frac {1} {1 - \ alpha} $$

$$ \ gamma = \ frac {1} {1 - \ alpha} $$

Ausdruck für Kollektorstrom

Wir wissen

$$ I_C = \ alpha I_E + I_ {CBO} $$

$$ I_E = I_B + I_C = I_B + (\ alpha I_E + I_ {CBO}) $$

$$ I_E (1 - \ alpha) = I_B + I_ {CBO} $$

$$ I_E = \ frac {I_B} {1 - \ alpha} + \ frac {I_ {CBO}} {1 - \ alpha} $$

$$ I_C \ cong I_E = (\ beta + 1) I_B + (\ beta + 1) I_ {CBO} $$

Das Obige ist der Ausdruck für den Kollektorstrom.

Eigenschaften der CC-Konfiguration

  • Diese Konfiguration bietet eine Stromverstärkung, jedoch keine Spannungsverstärkung.

  • In der CC-Konfiguration ist der Eingangswiderstand hoch und der Ausgangswiderstand niedrig.

  • Die von dieser Schaltung bereitgestellte Spannungsverstärkung beträgt weniger als 1.

  • Die Summe aus Kollektorstrom und Basisstrom entspricht dem Emitterstrom.

  • Die Eingangs- und Ausgangssignale sind in Phase.

  • Diese Konfiguration funktioniert als nicht invertierender Verstärkerausgang.

  • Diese Schaltung wird hauptsächlich zur Impedanzanpassung verwendet. Das heißt, eine niederohmige Last von einer hochohmigen Quelle anzusteuern.