Amplificatore cu colector comun

Amplificatore cu colector comun

Configuratia de amplificatoare cu colectorul comun (CC) mai este denumita si  "repetor de emitori". Semnalul de intrare se aplica pe baza prin intermediul unui condensator de cuplaj, iar semnalul de iesire se culege din emitor. Castigul in tensiune al unui amplificator in CC este aproximativ 1, principalele avantaje ale acestei configuratii fiind rezistenta de intrare mare si castigul mare in curent.

In figura 1 este prezentat un repertor pe emitor cu polarizare prin divizor de tensiune. Se observa ca intrarea este cuplata capacitiv cu baza, iesirea este cuplata capacitiv cu emitorul, iar colectorul sa afla la masa de c.a.

Figura 1:

Repetor pe emitor cu polarizare

Prin divizor de tensiune.

Castigul in tensiune

Ca la orice amplificator, castigul in tensiune se defineste ca Av=Vout / Vin Se presupune ca reactantele condensatoarelor sunt neglijabile la frecventa de lucru.In cazul repetorului pe emitor, cum se observa si din schema echivalenta de c.a. din figura 2. sunt valabile relatiile:

Vout= IeRe si Vin=Ie (re + Re

Prin urmare, castigul de tensiune este

Av=(Ie Re) / (Ie (re + Re

Figura 2:

Schema repetorului pe emitor

Pentru deducerea formulei

Castigului in tensiune.

Factorul Ie se simplifica, ceea ce face ca expresia castigului in tensiune baza-emitor sa devina

Av = Re / (re + Re

unde Re reprezinta gruparea in paralel a rezistoarelor RE si RS. In absenta sarcinii, Re = RE. Se observa ca totdeauna castigul este mai mic decat 1. Daca Re > re o aproximare satisfacatoare este:

Av = 1 (cu aproximatie);

Intrucar tensiunea de iesirese culege din emitor, ea este in faza cu tensiunea din baza, deci intre intrare si iesire faza nu se inverseaza. Din acest motiv si pentru ca valoarea castigului in tensiune este aproximativ 1, tensiunea de iesire o repeat cu destula fidelitate pe cea de intrare, atat ca faza, cat si ca amplitudine; de aici denumirea repetor pe emitor.

Rezistenta de intrare

Repetorul de emitor este caracterizat de o rezistenta de intrare foarte mare; de aceea este o configuratie atat de mult utilizata. Datorita rezistentei sale de intrare, poate fi utilizat drept circuit tampon pentru minizarea efectelor de neadaptare in cazul in care sarcina unui circuit are o valoare prea mica. Expresia rezistentei de intrare in baza amplificatorului cu colector comun se deduce similar celei aferente configuratiei cu emitorul comun. Insa intr-un cicuit cu colector comun rezistorul din emitor nu se decupleaza niciodata deoarece semnalul de iesire se culege de pe Re.

Rin(baza)= Vin / Iin = Vb / Ib = (Ie(re + Re)) / Ib

Deoarece Ie= Ic βc.a. Ib

Rin(baza) c.a. Ib (re + Re)) / Ib (cu aproximatie)

Factorul Ib se simplifica; prin urmare:

Rin(baza) c.a (re + Re (cu aproximatie)

Daca Re >> re expresia rezistentei de intrare in baza se simplifica astfel:

Rin(baza) c.a Re

Rezistoarele de polarizare din figura 1, privite dinspre sursa de semnal, apar in paralel cu Rin(baza) si la fel ca in cazurile circuitului cu emitor comun, rezistenta totala de intrare este:

Rin(tot) = R || R || Rin(tot)

Rezistenta de iesire

In absenta sarcinii, rezistenta de iesire, privita dinspre iesire spre emitor, se aproximeaza prin expresia:

Rout = (Rg / c.a) || RE

Rg este rezistorul sursei de semnal de la intrare. Deducerea acestei expresii este destul de laborioasa si s-a lucrat cu cateva ipoteze simplificatoare. Rezistenta de iesire este foarte mica, repertorul pe emitor fiind, din acest motiv, foarte util pentru atacarea etajelor cu sarcina redusa.

Castigul in curent

Castigul total al repetorului pe emitor din figura 1 este Ie / Iin Iin poate fi exprimat ca Vin / Rin(tot) Daca rezistenta gruparii in paralel a rezistoarelor de polarizare din divizorul de tensiune R si R este mult mai mare decat Rin(baza) atunci cea mai mare parte a curentului de intrare va circula catre baza; in acest caz castigul in curent al amplificatorului se apropie de castigul in curent al tranzistorului c.a care este cu Ic / Ib Fenomenul are loc din cauza ca o parte foarte mica a semnalului in curent tinde sa circule prin rezistoarele de polarizare. Pe scurt, daca

R R >> βc.a Re

atunci: Ai c.a (cu aproximatie)

In caz contrar:

Ai = Ie / Iin

c.a este castigul maxim in curent ce poate fi realizat atat cu un amplificator cu colectorul comun, cat si cu unul cu emitorul comun.

Castigul in putere

Castigul in putere al amplificatorului cu colectorul comun este produsul dintre castigul in tensiune si castigul in curent.  In cazul repetorului pe emitor, castigul total in putere este aproximativ egal cu castigul in current deoarece castigul in tensiune este, cu aproximatie, 1:

Ap = Av Ai

Deoarece Av = 1 (cu aproximatie), castigul total in putere este:

Ap = Ai (cu aproximatie)

Configuratia Darlington

Dupa cum s-a vazut c.a, este unul dintre principalii pareametrii ce contribuie la stabilirea rezistentei de intrare a unui amplificator. El limiteaza valoarea maxima a rezistentei de intrare ce poate fi obtinuta cu un repetor pe emitor.

O modalitate de a mari rezistenta de intrare este utilizarea a doua tranzistoare in configuratia Darlington, ca in Figura 4. Colectoarele celor doua tranzistoare sunt conectate impreuna, iar emitorul primului tranzistor il comanda pe cel de-al doilea in baza. Aceasta configuratie realizeaza inmultirea parametrilor βc.a , asa cum  reiese din urmatoarele etape de calcule. Curentul de emitor al primului tranzistor este:

Ie1 c.a  Ib1

Acest curent constitue curentul de baza pentru cel de-al doilea transistor, al carui curent de emitor va fi:

Ie2 c.a2 Ie1 c.a1 c.a2 Ib1

Concret, castigul in curent al configuratiei Darlington este

c.a c.a1 c.a2

Se presupune ca valoarea re este mult mai mica decat RE drept care se neglijeaza. Atunci rezistenta de intrare este

Rin = βc.a1 c.a2 RE

Figura 4

Configuratia Darlington

Inmulteste valorile βc.a

Aplicatie: Repetorul pe emitor poate fi folosit ca interfata intre un circuit cu rezistenta de iesire mare si o sarcina cu rezistenta mica. Intr-un asemenea montaj, repetorul pe emitor se numeste circuit tampon.

De exemplu se presupune ca un amplificator cu emitorul comun, cu o rezistenta de colector (de iesire) de 1k trebuie sa debiteze semnal pe o sarcina de joasa rezistenta, de pilda pe un difuzor de mica putere, de 8 apare, in c.a., in paralel cu rezistorul din colector, de 1 k Din aceasta cauza, rezistenta din colector, in c.a., va fi:

Rc = RC || RS = 1kΏ|| 8Ώ = 7.94Ώ

Evident, solutia nu este acceptabila deoarece se pierde cea mai mare parte a castigului in tensiune (Av = Rc / re De exemplu daca , re , castigul in tensiune se reduce de la:

Av = RC / re = 1kΏ / 5Ώ = 200

in absenta sarcinii, la

Av = Rc / re

cu un difuzor 8Ώ.

Intre amplificatoare si difuzor se poate intercala un repetor pe emitor in configuratie Darlington, ca in figura 5.

Figura 5

Repetor Darlington folosit drept circuit tampon intre un amplificator cu emitor comun si o sarcina

cu rezistenta mica, de exemplu un difuzor