Conexiunea colector comun

Conexiunea colector comun

Definitie

Configuratia amplificatorului colector comun arata astfel.

Denumirea de colector comun vine de la faptul ca, ignorand sursa de alimentare (bateria), sursa de semnal si sarcina au ca punct comun contactul colectorului.

Se poate observa ca prin rezistorul de sarcina trece atat curentul colectorului cat si curentul bazei, fiind conectat in serie cu emitorul. Amplificarea in curent a amplificatorului colector comun este cea mai mare dintre toate configuratiile, deoarece intr-un tranzistor, cel mai mare curent se regaseste pe emitor, fiind suma dintre curentul bazei si al colectorului.

Exemplu

Configuratia circuitului

Sa analizam insa circuitul alaturat pentru a descoperi particularitatile acestei configuratii.

Variatia curent-tensiune

Graficul variatiei caderii de tensiune de iesire - cadere de tensiune de intrare, este cel alaturat.

Fata de conexiunea emitor comun, amplificatorul colector comun produce la iesire o cadere de tensiune de aceeasi polaritate cu tensiunea de intrare. Pe masura ce tensiunea de intrare creste, creste si cea de iesire. Mai mult, tensiunea de iesire, este aproape identica cu tensiunea de intrare, minus caderea de 0,7 V a jonctiunii P-N. Indiferent de factorul beta al tranzistorului, sau de valoarea sarcinii, amplificatorul colector comun are un factor de amplificare in tensiune (A_V) extrem de apropiat de valoarea 1. Din aceasta cauza, conexiunea colector comun mai este denumita si repetor pe emitor.

Explicatie

Este relativ usor de inteles motivul pentru care caderea de tensiune pe sarcina amplificatorului in colector comun este aproximativ egala cu tensiunea de intrare.

Daca ne referim la modelul dioda-sursa-de-curent al tranzistorului, putem vedea ca, curentul bazei trebuie sa treaca prin jonctiunea P-N baza-emitor, jonctiune echivalenta unei diode redresoare. Daca aceasta jonctiune este polarizata direct, va exista o cadere de tensiune de aproximativ 0,7 V (siliciu) intre terminalele acesteia. Aceasta cadere de tensiune de 0,7 V nu depinde de amplitudinea curentului de baza, astfel ca putem considera aceasta cadere de tensiune ca fiind constanta.

Cunoscand polaritatile tensiunilor jonctiunii P-N baza-emitor si a rezistorului de sarcina, putem vedea ca tensiunea de intrare trebuie sa fie egala cu suma celor doua, in conformitatea cu legea lui Kirchhoff pentru tensiune. Cu alte cuvinte, tensiunea sarcinii va fi tot timpul cu aproximativ 0,7 V mai mica decat tensiunea de intrare, atunci cand tranzistorul se afla in stare de conductie.

Tensiunea de polarizare in curent continuu

Pentru amplificarea semnalelor de curent alternativ cu ajutorul configuratiei colector comun, este nevoie de utilizarea unei surse de tensiune in curent continuu (tensiune de polarizare), la fel cum a fost cazul configuratiei emitor comun. Rezultatul este insa de aceasta data un amplificator ne-inversor.

Tensiunea de intrare si de iesire

Formele de unda ale tensiunii de iesire (albastru) si de intrare (rosu) sunt prezentate in graficul alaturat.

Formele de unda in intreg circuitul

Daca ar fi sa conectam mai multe osciloscoape in circuit, vom vedea ca formele de unda ale tensiunilor arata astfel.

Factorul de amplificare in curent

Din moment ce aceasta configuratie nu ofera nicio amplificare in tensiune, singura amplificare realizata este in curent. Configuratia anterioara, emitor comun, oferea un factorul de amplificare in curent egal cu factorul β al tranzistorului, datorita faptului ca, curentul de intrare trecea prin baza, iar curentul de iesire (sarcina) trecea prin colector, iar β este prin definitie raportul dintre curentul de colector si curentul de baza. In configuratia colector comun insa, sarcina este conectata in serie cu emitorul, prin urmare, curentul de iesire este egal cu acest curent al emitorului. Dar curentul prin emitor este curentul colectorului plus curentul bazei. Acest lucru inseamna o amplificare in curent (A_I) egala cu β plus 1.

Amplificator colector comun cu tranzistor PNP

Si in acest caz, se pot utiliza tranzistori de tip PNP pentru realizarea amplificatorului colector comun. Toate calculele sunt identice. Singura diferenta este inversarea polaritatii tensiunilor si a directiei curentilor.

Aplicatie - stabilizarea tensiunii

Diode Zener

O aplicatie populara a tranzistorului colector comun consta in stabilizarea surselor de putere in curent continuu. Una dintre solutii utilizeaza diode Zener pentru taierea tensiunilor mai mari decat tensiunea Zener.

Totusi, curentul ce poate fi transmis sursei este destul de limitat in aceasta situatie. In principiu, acest circuit reguleaza tensiunea la bornele sarcinii prin mentinerea curentului prin rezistorul serie la valori suficient de mari pentru ca intreaga putere in exces a sursei de tensiune sa cada pe rezistor; dioda Zener va utiliza un curent necesar mentinerii unei caderi de tensiune constante la bornele sale. Pentru sarcini mari, ce necesita un curent mare pentru actionarea lor, un stabilizator de tensiune cu dioda Zener ar trebui sa sunteze un curent mare prin dioda pentru a putea stabiliza tensiunea pe sarcina.

Tranzistor in conexiune colector comun

O metoda de rezolvare a acestei probleme consta in utilizarea unui tranzistor in conexiune colector comun pentru amplificarea curentului prin sarcina, astfel ca dioda Zener sa nu fie nevoita sa conduca decat curentul necesar bazei tranzistorului.

Singura problema este ca tensiunea pe sarcina va fi cu aproximativ 0,7 V mai mica decat caderea de tensiune pe dioda Zener. Acest lucru poate fi insa corectat prin utilizarea unei diode Zener cu o tensiune Zener mai mare cu 0,7 V decat tensiunea necesara pentru aplicatia in cauza.

Tranzistori in configuratie Darlington

Modul de conectare

In unele aplicatii, factorul de amplificare in curent al unui singur tranzistor in configuratie colector comun nu este suficient. In acest caz, se pot conecta (etaja) mai multi tranzistori intr-o configuratie Darlington.

Factorul de amplificare in curent

Configuratia Darlington consta in conectarea pe sarcina unui tranzistor colector comun a unui alt tranzistor, multiplicand astfel factorii de amplificare in curent al celor doi:

unde,
β - factorul beta al primului tranzistor
β - factorul beta al celui de al doilea tranzistor

Factorul de amplificare in tensiune

Amplificarea in tensiune va fi si de aceasta data apropiata de 1, cu toate ca tensiunea de iesire va fi mai mica cu 1,4 V decat tensiunea de intrare:

Observatii

Tranzistorii in configuratie Darlington pot fi cumparati ca si dispozitive discrete, sau pot fi construiti din tranzistori individuali. Desigur, daca se doreste obtinerea unor curenti si mai mari, se pot conecta chiar si trei sau patru tranzistori in configuratie Darlington.