Configurações de transistores
Qualquer transistor tem três terminais, o emitter, a base, e as collector. Usando esses 3 terminais, o transistor pode ser conectado em um circuito com um terminal comum para entrada e saída em três diferentes configurações possíveis.
Os três tipos de configurações são Common Base, Common Emitter e Common Collectorconfigurações. Em cada configuração, a junção do emissor é polarizada direta e a junção do coletor é polarizada reversa.
Configuração de Base Comum (CB)
O próprio nome implica que o Baseterminal é considerado um terminal comum para entrada e saída do transistor. A conexão de base comum para os transistores NPN e PNP é mostrada na figura a seguir.
Para fins de compreensão, vamos considerar o transistor NPN na configuração CB. Quando a tensão do emissor é aplicada, visto que é polarizada para frente, os elétrons do terminal negativo repelem os elétrons do emissor e a corrente flui através do emissor e da base para o coletor para contribuir com a corrente do coletor. A tensão do coletor V CB é mantida constante durante todo o processo.
Na configuração do CB, a corrente de entrada é a corrente do emissor IE e a corrente de saída é a corrente do coletor IC.
Fator de Amplificação Atual (α)
A razão de mudança na corrente do coletor (ΔI C ) para a mudança na corrente do emissor (ΔI E ) quando a tensão do coletor V CB é mantida constante, é chamada deCurrent amplification factor. É denotado porα.
$ \ alpha = \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_E} $ na constante V CB
Expressão para corrente de coletor
Com a ideia acima, vamos tentar desenhar alguma expressão para a corrente de coletor.
Junto com o fluxo da corrente do emissor, há alguma quantidade de corrente de base IBque flui através do terminal de base devido à recombinação do buraco do elétron. Como a junção da base do coletor é polarizada reversamente, há outra corrente que é enviada devido a portadores de carga minoritários. Esta é a corrente de fuga que pode ser entendida comoIleakage. Isso se deve às operadoras de carga minoritárias e, portanto, muito pequenas.
A corrente do emissor que atinge o terminal coletor é
$$ \ alpha I_E $$
Corrente de coletor total
$$ I_C = \ alpha I_E + I_ {vazamento} $$
Se a tensão base do emissor V EB = 0, ainda assim, flui uma pequena corrente de fuga, que pode ser denominada I CBO (corrente base do coletor com saída aberta).
A corrente do coletor, portanto, pode ser expressa como
$$ I_C = \ alpha I_E + I_ {CBO} $$
$$ I_E = I_C + I_B $$
$$ I_C = \ alpha (I_C + I_B) + I_ {CBO} $$
$$ I_C (1 - \ alpha) = \ alpha I_B + I_ {CBO} $$
$$ I_C = \ frac {\ alpha} {1 - \ alpha} I_B + \ frac {I_ {CBO}} {1 - \ alpha} $$
$$ I_C = \ left (\ frac {\ alpha} {1 - \ alpha} \ right) I_B + \ left (\ frac {1} {1 - \ alpha} \ right) I_ {CBO} $$
Portanto, o derivado acima é a expressão para corrente de coletor. O valor da corrente do coletor depende da corrente de base e da corrente de fuga junto com o fator de amplificação da corrente daquele transistor em uso.
Características da configuração CB
Esta configuração fornece ganho de tensão, mas nenhum ganho de corrente.
Sendo V CB constante, com um pequeno aumento na tensão base do emissor V EB , a corrente do emissor I E aumenta.
A corrente do emissor I E é independente da tensão do coletor V CB .
A tensão do coletor V CB pode afetar a corrente do coletor I C apenas em tensões baixas, quando V EB é mantido constante.
A resistência de entrada Rié a razão da mudança na tensão base do emissor (ΔV EB ) para a mudança na corrente do emissor (ΔI E ) na tensão base do coletor constante V CB .
$ R_i = \ frac {\ Delta V_ {EB}} {\ Delta I_E} $ em V CB constante
À medida que a resistência de entrada é de valor muito baixo, um pequeno valor de V EB é suficiente para produzir um grande fluxo de corrente de emissor de corrente I de E .
A resistência de saída Roé a razão da mudança na tensão de base do coletor (ΔV CB ) para a mudança na corrente do coletor (ΔI C ) na corrente de emissor constante IE.
$ R_o = \ frac {\ Delta V_ {CB}} {\ Delta I_C} $ na constante I E
Como a resistência à saída é um valor muito elevado, uma grande alteração na V CB produz uma muito pequena mudança na corrente de colector I C .
Esta configuração fornece boa estabilidade contra aumento de temperatura.
A configuração CB é usada para aplicações de alta frequência.
Configuração do Emissor Comum (CE)
O próprio nome implica que o Emitterterminal é considerado um terminal comum para entrada e saída do transistor. A conexão do emissor comum para os transistores NPN e PNP é mostrada na figura a seguir.
Assim como na configuração do CB, a junção do emissor é polarizada direta e a junção do coletor é polarizada reversa. O fluxo de elétrons é controlado da mesma maneira. A corrente de entrada é a corrente de baseIB e a corrente de saída é a corrente do coletor IC aqui.
Fator de amplificação de corrente de base (β)
A proporção da mudança na corrente do coletor (ΔI C ) para a mudança na corrente de base (ΔI B ) é conhecida comoBase Current Amplification Factor. É denotado por β.
$$ \ beta = \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_B} $$
Relação entre β e α
Vamos tentar derivar a relação entre o fator de amplificação da corrente de base e o fator de amplificação da corrente do emissor.
$$ \ beta = \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_B} $$
$$ \ alpha = \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_E} $$
$$ I_E = I_B + I_C $$
$$ \ Delta I_E = \ Delta I_B + \ Delta I_C $$
$$ \ Delta I_B = \ Delta I_E - \ Delta I_C $$
Nós podemos escrever
$$ \ beta = \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_E - \ Delta I_C} $$
Dividindo por ΔI E
$$ \ beta = \ frac {\ Delta I_C / \ Delta I_E} {\ frac {\ Delta I_E} {\ Delta I_E} - \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_E}} $$
Nós temos
$$ \ alpha = \ Delta I_C / \ Delta I_E $$
Portanto,
$$ \ beta = \ frac {\ alpha} {1 - \ alpha} $$
A partir da equação acima, é evidente que, conforme α se aproxima de 1, β atinge o infinito.
Conseqüentemente, the current gain in Common Emitter connection is very high. Esta é a razão pela qual esta conexão de circuito é mais usada em todas as aplicações de transistores.
Expressão para corrente de coletor
Na configuração do emissor comum, I B é a corrente de entrada e I C é a corrente de saída.
Nós sabemos
$$ I_E = I_B + I_C $$
E
$$ I_C = \ alpha I_E + I_ {CBO} $$
$$ = \ alpha (I_B + I_C) + I_ {CBO} $$
$$ I_C (1 - \ alpha) = \ alpha I_B + I_ {CBO} $$
$$ I_C = \ frac {\ alpha} {1 - \ alpha} I_B + \ frac {1} {1 - \ alpha} I_ {CBO} $$
Se o circuito de base estiver aberto, ou seja, se I B = 0,
O coletor emissor de corrente com base aberta é I CEO
$$ I_ {CEO} = \ frac {1} {1 - \ alpha} I_ {CBO} $$
Substituindo o valor disso na equação anterior, obtemos
$$ I_C = \ frac {\ alpha} {1 - \ alpha} I_B + I_ {CEO} $$
$$ I_C = \ beta I_B + I_ {CEO} $$
Portanto, a equação para a corrente do coletor é obtida.
Joelho Tensão
Na configuração CE, mantendo a corrente de base I B constante, se V CE for variado, I C aumenta quase até 1v de V CE e permanece constante depois disso. Este valor de V CE até o qual a corrente do coletor I C muda com V CE é chamado deKnee Voltage. Os transistores, enquanto operam na configuração CE, são operados acima desta tensão de joelho.
Características da configuração CE
Esta configuração fornece bom ganho de corrente e ganho de tensão.
Mantendo V CE constante, com um pequeno aumento em V BE a corrente de base I B aumenta rapidamente do que nas configurações de CB.
Para qualquer valor de V CE acima tensão joelho, eu C é aproximadamente igual a βI B .
A resistência de entrada Rié a razão da mudança na tensão do emissor de base (ΔV BE ) para a mudança na corrente de base (ΔI B ) na tensão do coletor emissor constante V CE .
$ R_i = \ frac {\ Delta V_ {BE}} {\ Delta I_B} $ na constante V CE
À medida que a resistência de entrada é de valor muito baixo, um pequeno valor de V BE é suficiente para produzir um grande fluxo de corrente da corrente de base I B .
A resistência de saída Roé a relação de alteração da tensão de colector emissor (AV EC ) para a mudança na corrente de colector (ΔI C ) em constante I B .
$ R_o = \ frac {\ Delta V_ {CE}} {\ Delta I_C} $ na constante I B
Como a resistência de saída do circuito CE é menor do que a do circuito CB.
Esta configuração é geralmente usada para métodos de estabilização de polarização e aplicações de frequência de áudio.
Configuração de coletor comum (CC)
O próprio nome implica que o Collectorterminal é considerado um terminal comum para entrada e saída do transistor. A conexão do coletor comum para os transistores NPN e PNP é mostrada na figura a seguir.
Assim como nas configurações CB e CE, a junção do emissor é polarizada direta e a junção do coletor é polarizada reversa. O fluxo de elétrons é controlado da mesma maneira. A corrente de entrada é a corrente de baseIB e a corrente de saída é a corrente do emissor IE aqui.
Fator de Amplificação Atual (γ)
A proporção da mudança na corrente do emissor (ΔI E ) para a mudança na corrente de base (ΔI B ) é conhecida comoCurrent Amplification factorna configuração do coletor comum (CC). É denotado por γ.
$$ \ gamma = \ frac {\ Delta I_E} {\ Delta I_B} $$
- O ganho de corrente na configuração CC é o mesmo que na configuração CE.
- O ganho de tensão na configuração CC é sempre menor que 1.
Relação entre γ e α
Vamos tentar traçar alguma relação entre γ e α
$$ \ gamma = \ frac {\ Delta I_E} {\ Delta I_B} $$
$$ \ alpha = \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_E} $$
$$ I_E = I_B + I_C $$
$$ \ Delta I_E = \ Delta I_B + \ Delta I_C $$
$$ \ Delta I_B = \ Delta I_E - \ Delta I_C $$
Substituindo o valor de I B , obtemos
$$ \ gamma = \ frac {\ Delta I_E} {\ Delta I_E - \ Delta I_C} $$
Dividindo por ΔI E
$$ \ gamma = \ frac {\ Delta I_E / \ Delta I_E} {\ frac {\ Delta I_E} {\ Delta I_E} - \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_E}} $$
$$ = \ frac {1} {1 - \ alpha} $$
$$ \ gamma = \ frac {1} {1 - \ alpha} $$
Expressão para corrente de coletor
Nós sabemos
$$ I_C = \ alpha I_E + I_ {CBO} $$
$$ I_E = I_B + I_C = I_B + (\ alpha I_E + I_ {CBO}) $$
$$ I_E (1 - \ alpha) = I_B + I_ {CBO} $$
$$ I_E = \ frac {I_B} {1 - \ alpha} + \ frac {I_ {CBO}} {1 - \ alpha} $$
$$ I_C \ cong I_E = (\ beta + 1) I_B + (\ beta + 1) I_ {CBO} $$
O acima é a expressão para corrente de coletor.
Características da configuração CC
Esta configuração fornece ganho de corrente, mas nenhum ganho de tensão.
Na configuração CC, a resistência de entrada é alta e a resistência de saída é baixa.
O ganho de tensão fornecido por este circuito é menor que 1.
A soma da corrente do coletor e da corrente de base é igual à corrente do emissor.
Os sinais de entrada e saída estão em fase.
Esta configuração funciona como saída do amplificador não inversor.
Este circuito é usado principalmente para casamento de impedância. Isso significa acionar uma carga de baixa impedância de uma fonte de alta impedância.