Konfiguracje tranzystorów
Każdy tranzystor ma trzy zaciski: emitter, the basei collector. Korzystając z tych 3 zacisków, tranzystor można podłączyć do obwodu z jednym zaciskiem wspólnym dla wejścia i wyjścia w trzech różnych możliwych konfiguracjach.
Trzy typy konfiguracji to Common Base, Common Emitter i Common Collectorkonfiguracje. W każdej konfiguracji złącze emitera jest spolaryzowane do przodu, a złącze kolektora do tyłu.
Konfiguracja Common Base (CB)
Sama nazwa sugeruje, że Basezacisk jest traktowany jako zacisk wspólny dla wejścia i wyjścia tranzystora. Połączenie wspólnej bazy dla tranzystorów NPN i PNP jest pokazane na poniższym rysunku.
Dla zrozumienia rozważmy tranzystor NPN w konfiguracji CB. Po przyłożeniu napięcia emitera, ponieważ jest ono spolaryzowane do przodu, elektrony z ujemnego zacisku odpychają elektrony emitera, a prąd przepływa przez emiter i podstawę do kolektora, dostarczając prąd kolektora. Przez cały czas utrzymywane jest stałe napięcie kolektora V CB .
W konfiguracji wyłącznika prądem wejściowym jest prąd emitera IE a prąd wyjściowy jest prądem kolektora IC.
Aktualny współczynnik wzmocnienia (α)
Stosunek zmiany prądu kolektora (ΔI C ) do zmiany prądu emitera (ΔI E ) przy utrzymywaniu stałego napięcia kolektora V CB nazywa sięCurrent amplification factor. Jest oznaczonyα.
$ \ alpha = \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_E} $ przy stałej V CB
Wyrażenie dla prądu kolektora
Mając powyższy pomysł, spróbujmy narysować jakieś wyrażenie na prąd kolektora.
Wraz z przepływającym prądem emitera występuje pewna ilość prądu podstawowego IBktóry przepływa przez terminal bazowy w wyniku rekombinacji dziury elektronowej. Ponieważ połączenie kolektor-podstawa jest spolaryzowane odwrotnie, istnieje inny prąd, który płynie z powodu nośników ładunku mniejszościowego. Jest to prąd upływowy, który można rozumieć jakoIleakage. Wynika to z mniejszościowych nośników ładunku, a zatem bardzo małych.
Prąd emitera docierający do zacisku kolektora wynosi
$$ \ alpha I_E $$
Całkowity prąd kolektora
$$ I_C = \ alpha I_E + I_ {wyciek} $$
Jeżeli napięcie bazy nadajnika V EB = 0, nawet wtedy płynie niewielki prąd upływu, który można określić jako I CBO (prąd kolektora przy otwartym wyjściu).
Dlatego prąd kolektora można wyrazić jako
$$ I_C = \ alpha I_E + I_ {CBO} $$
$$ I_E = I_C + I_B $$
$$ I_C = \ alpha (I_C + I_B) + I_ {CBO} $$
$$ I_C (1 - \ alpha) = \ alpha I_B + I_ {CBO} $$
$$ I_C = \ frac {\ alpha} {1 - \ alpha} I_B + \ frac {I_ {CBO}} {1 - \ alpha} $$
$$ I_C = \ left (\ frac {\ alpha} {1 - \ alpha} \ right) I_B + \ left (\ frac {1} {1 - \ alpha} \ right) I_ {CBO} $$
Stąd powyższe wyprowadzone jest wyrażeniem na prąd kolektora. Wartość prądu kolektora zależy od prądu bazowego i prądu upływu oraz współczynnika wzmocnienia prądu używanego tranzystora.
Charakterystyka konfiguracji CB
Ta konfiguracja zapewnia wzmocnienie napięcia, ale brak wzmocnienia prądowego.
Będąc stałą V CB , przy niewielkim wzroście napięcia podstawy emitera V EB , prąd emitera I E wzrasta.
Prąd emitera I E jest niezależny od napięcia kolektora V CB .
Napięcie kolektora V CB może wpływać na prąd kolektora I C tylko przy niskich napięciach, gdy V EB jest utrzymywane na stałym poziomie.
Opór wejściowy Rijest stosunkiem zmiany napięcia podstawy emitera (ΔV EB ) do zmiany prądu emitera (ΔI E ) przy stałym napięciu podstawy kolektora V CB .
$ R_i = \ frac {\ Delta V_ {EB}} {\ Delta I_E} $ przy stałej V CB
Ponieważ opór wejściowy ma bardzo małą wartość, na małej wartości V EB jest wystarczająco duża, aby wytworzyć przepływ prądu z emitera prąd I E .
Opór wyjściowy Rojest stosunkiem zmiany napięcia podstawy kolektora (ΔV CB ) do zmiany prądu kolektora (ΔI C ) przy stałym prądzie emitera IE.
$ R_o = \ frac {\ Delta V_ {CB}} {\ Delta I_C} $ przy stałej I E
Ponieważ rezystancja wyjściowa jest bardzo wysokiej wartości, duża zmiana w V CB wytwarza bardzo niewielkie zmiany w prąd kolektora I C .
Taka konfiguracja zapewnia dobrą stabilność przy wzroście temperatury.
Konfiguracja CB jest używana w aplikacjach o wysokiej częstotliwości.
Konfiguracja wspólnego emitera (CE)
Sama nazwa sugeruje, że Emitterzacisk jest traktowany jako zacisk wspólny dla wejścia i wyjścia tranzystora. Typowe połączenie emitera dla tranzystorów NPN i PNP pokazano na poniższym rysunku.
Podobnie jak w konfiguracji CB, złącze emitera jest spolaryzowane do przodu, a złącze kolektora jest spolaryzowane do tyłu. Przepływ elektronów jest kontrolowany w ten sam sposób. Prąd wejściowy to prąd bazowyIB a prąd wyjściowy jest prądem kolektora IC tutaj.
Podstawowy współczynnik wzmocnienia prądu (β)
Stosunek zmiany prądu kolektora (ΔI C ) do zmiany prądu podstawowego (ΔI B ) jest znany jakoBase Current Amplification Factor. Jest oznaczony przez β.
$$ \ beta = \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_B} $$
Zależność między β i α
Spróbujmy wyprowadzić zależność między współczynnikiem wzmocnienia prądu podstawowego a współczynnikiem wzmocnienia prądu emitera.
$$ \ beta = \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_B} $$
$$ \ alpha = \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_E} $$
$$ I_E = I_B + I_C $$
$$ \ Delta I_E = \ Delta I_B + \ Delta I_C $$
$$ \ Delta I_B = \ Delta I_E - \ Delta I_C $$
Możemy pisać
$$ \ beta = \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_E - \ Delta I_C} $$
Dzielenie przez ΔI E
$$ \ beta = \ frac {\ Delta I_C / \ Delta I_E} {\ frac {\ Delta I_E} {\ Delta I_E} - \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_E}} $$
Mamy
$$ \ alpha = \ Delta I_C / \ Delta I_E $$
W związku z tym,
$$ \ beta = \ frac {\ alpha} {1 - \ alpha} $$
Z powyższego równania jasno wynika, że gdy α zbliża się do 1, β osiąga nieskończoność.
W związku z tym, the current gain in Common Emitter connection is very high. Z tego powodu to połączenie obwodu jest najczęściej używane we wszystkich zastosowaniach tranzystorowych.
Wyrażenie dla prądu kolektora
W konfiguracji wspólnego emitera I B to prąd wejściowy, a Ja C to prąd wyjściowy.
Wiemy
$$ I_E = I_B + I_C $$
I
$$ I_C = \ alpha I_E + I_ {CBO} $$
$$ = \ alpha (I_B + I_C) + I_ {CBO} $$
$$ I_C (1 - \ alpha) = \ alpha I_B + I_ {CBO} $$
$$ I_C = \ frac {\ alpha} {1 - \ alpha} I_B + \ frac {1} {1 - \ alpha} I_ {CBO} $$
Jeśli obwód podstawowy jest otwarty, tj. Jeśli I B = 0,
Prąd kolektora-emitera przy otwartej podstawie to I CEO
$$ I_ {CEO} = \ frac {1} {1 - \ alpha} I_ {CBO} $$
Zastępując wartość tego w poprzednim równaniu, otrzymujemy
$$ I_C = \ frac {\ alpha} {1 - \ alpha} I_B + I_ {CEO} $$
$$ I_C = \ beta I_B + I_ {CEO} $$
Stąd otrzymujemy równanie na prąd kolektora.
Napięcie kolana
W konfiguracji CE, utrzymując stały prąd bazowy I B , jeśli V CE jest zmienny, I C rośnie prawie do 1v V CE i pozostaje potem stałe. Ta wartość V CE , do której prąd kolektora I C zmienia się wraz z V CE, nazywana jestKnee Voltage. Tranzystory podczas pracy w konfiguracji CE pracują powyżej tego napięcia kolanowego.
Charakterystyka konfiguracji CE
Taka konfiguracja zapewnia dobre wzmocnienie prądowe i napięciowe.
Utrzymując stałą wartość V CE , przy niewielkim wzroście V BE, prąd bazowy I B rośnie szybko niż w konfiguracjach wyłączników.
Dla każdej wartości V CE powyżej napięcia kolanowego, że C jest w przybliżeniu równa βI B .
Opór wejściowy Rijest stosunkiem zmiany napięcia bazowego emitera (ΔV BE ) do zmiany prądu bazowego (ΔI B ) przy stałym napięciu kolektora-emitera V CE .
$ R_i = \ frac {\ Delta V_ {BE}} {\ Delta I_B} $ przy stałej V CE
Ponieważ opór wejściowy ma bardzo małą wartość, na małej wartości V BE wystarczy produkować dużą przepływ prądu bazowej prąd I B .
Opór wyjściowy Rojest stosunkiem zmiany w kolektor-emiter (AV CE ) do zmiany prądu (DI C ) przy stałym I B .
$ R_o = \ frac {\ Delta V_ {CE}} {\ Delta I_C} $ przy stałej I B
Ponieważ rezystancja wyjściowa obwodu CE jest mniejsza niż rezystancji obwodu CB.
Ta konfiguracja jest zwykle używana do metod stabilizacji polaryzacji i aplikacji częstotliwości dźwięku.
Konfiguracja wspólnego kolektora (CC)
Sama nazwa sugeruje, że Collectorzacisk jest traktowany jako zacisk wspólny dla wejścia i wyjścia tranzystora. Typowe połączenie kolektora dla tranzystorów NPN i PNP pokazano na poniższym rysunku.
Podobnie jak w konfiguracjach CB i CE, złącze emitera jest spolaryzowane do przodu, a złącze kolektora jest spolaryzowane do tyłu. Przepływ elektronów jest kontrolowany w ten sam sposób. Prąd wejściowy to prąd bazowyIB a prąd wyjściowy jest prądem emitera IE tutaj.
Aktualny współczynnik wzmocnienia (γ)
Stosunek zmiany prądu emitera (ΔI E ) do zmiany prądu podstawowego (ΔI B ) jest znany jakoCurrent Amplification factorw konfiguracji wspólnego kolektora (CC). Jest oznaczony przez γ.
$$ \ gamma = \ frac {\ Delta I_E} {\ Delta I_B} $$
- Wzmocnienie prądowe w konfiguracji CC jest takie samo jak w konfiguracji CE.
- Wzmocnienie napięcia w konfiguracji CC jest zawsze mniejsze niż 1.
Zależność między γ i α
Spróbujmy narysować relację między γ i α
$$ \ gamma = \ frac {\ Delta I_E} {\ Delta I_B} $$
$$ \ alpha = \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_E} $$
$$ I_E = I_B + I_C $$
$$ \ Delta I_E = \ Delta I_B + \ Delta I_C $$
$$ \ Delta I_B = \ Delta I_E - \ Delta I_C $$
Zastępując wartość I B , otrzymujemy
$$ \ gamma = \ frac {\ Delta I_E} {\ Delta I_E - \ Delta I_C} $$
Dzielenie przez ΔI E
$$ \ gamma = \ frac {\ Delta I_E / \ Delta I_E} {\ frac {\ Delta I_E} {\ Delta I_E} - \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_E}} $$
$$ = \ frac {1} {1 - \ alpha} $$
$$ \ gamma = \ frac {1} {1 - \ alpha} $$
Wyrażenie na prąd kolektora
Wiemy
$$ I_C = \ alpha I_E + I_ {CBO} $$
$$ I_E = I_B + I_C = I_B + (\ alpha I_E + I_ {CBO}) $$
$$ I_E (1 - \ alpha) = I_B + I_ {CBO} $$
$$ I_E = \ frac {I_B} {1 - \ alpha} + \ frac {I_ {CBO}} {1 - \ alpha} $$
$$ I_C \ cong I_E = (\ beta + 1) I_B + (\ beta + 1) I_ {CBO} $$
Powyższe jest wyrażeniem na prąd kolektora.
Charakterystyka konfiguracji CC
Ta konfiguracja zapewnia wzmocnienie prądu, ale brak wzmocnienia napięcia.
W konfiguracji CC rezystancja wejściowa jest wysoka, a wyjściowa niska.
Wzmocnienie napięcia zapewniane przez ten obwód jest mniejsze niż 1.
Suma prądu kolektora i prądu bazowego równa się prądowi emitera.
Sygnały wejściowe i wyjściowe są w fazie.
Ta konfiguracja działa jako nieodwracające wyjście wzmacniacza.
Ten obwód jest głównie używany do dopasowania impedancji. Oznacza to, że należy kierować obciążenie o niskiej impedancji ze źródła o wysokiej impedancji.