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Configuración del amplificador de colector común

Amplificadores

los Amplificador de colector común Es otro tipo de transistor de unión bipolar,Configuración (BJT) donde la señal de entrada se aplica al terminal base y la señal de salida se toma del terminal emisor. Por lo tanto, el terminal colector es común a los circuitos de entrada y salida. Este tipo de configuración se denomina colector común (CC) porque el terminal del colector está efectivamente "conectado a tierra" o "conectado a tierra" a través de la fuente de alimentación.

En muchos sentidos, la configuración del colector común (CC) es la inversa de la configuración del emisor común (CE), ya que la resistencia de carga conectada se cambia del terminal del colector para Rdo al terminal emisor para Rmi.

El colector común o colector a tierrala configuración se usa comúnmente cuando se necesita conectar una fuente de entrada de alta impedancia a una carga de salida de baja impedancia que requiere una alta ganancia de corriente. Considere el siguiente circuito amplificador de colector común.

Amplificador de colector común utilizando un transistor NPN

amplificador de colector común

Resistencias r1 y R2 forme una red divisora ​​de voltaje simple utilizada para desviar el transistor NPN a la conducción. Dado que este divisor de tensión carga ligeramente el transistor, la tensión de base, Vsegundo se puede calcular fácilmente usando la fórmula simple del divisor de voltaje como se muestra.

Red divisora ​​de voltaje

red divisora ​​de voltaje

Con el terminal colector del transistor conectado directamente a VCC y ninguna resistencia del colector, (Rdo = 0) cualquier corriente de colector generará una caída de voltaje a través de la resistencia del emisor Rmi.

Sin embargo, en el circuito del amplificador de colector común, la misma caída de voltaje, Vmi También representa la tensión de salida, VAFUERA.

Lo ideal sería que quisiéramos la caída de tensión de CC a través de Rmi para ser igual a la mitad de la tensión de alimentación, VCC para hacer que los transistores de voltaje de salida inactivo se sitúen en algún lugar en medio de las curvas de características que permiten una señal de salida máxima sin clips. Por lo tanto la elección de Rmi depende mucho de Isegundo y los transistores de corriente ganan Beta, β.

A medida que la unión pn de la base del emisor es polarizada hacia adelante, la corriente de la base fluye a través de la unión hacia la acción del transistor, lo que provoca una corriente de colector mucho mayor, Ido fluir. Por lo tanto, la corriente del emisor es una combinación de la corriente base y la corriente del colector como: Imi = Yosegundo + Yodo. Sin embargo, como la corriente de base es extremadamente pequeña en comparación con la corriente del colector, la corriente del emisor es aproximadamente igual a la corriente del colector. Asi yomi ≈ yodo

Como con el amplificador de emisor común (CE)En la configuración, la señal de entrada se aplica al terminal base de los transistores y, como dijimos anteriormente, la señal de salida de los amplificadores se toma del terminal emisor del emisor. Sin embargo, como solo hay una unión pn con polarización directa entre la base de los transistores y su terminal emisor, cualquier señal de entrada aplicada a la base pasa directamente a través de la unión al emisor. Por lo tanto, la señal de salida presente en el emisor está en fase con la señal de entrada aplicada en la base.

Como la señal de salida del amplificador se toma de la carga del emisor, este tipo de configuración de transistor también se conoce como Seguidor de emisores El circuito como la salida del emisor "sigue" o rastrea cualquier cambio de voltaje a la señal de entrada de la base, excepto que permanece alrededor de 0.7 voltios (VSER) por debajo de la tensión de base. Asi vEN y VAFUERA están en fase produciendo una diferencia de fase cero entre las señales de entrada y salida.

Dicho esto, los emisores pn-junction actúan de manera efectiva como un diodo de polarización directa y para señales de entrada de CA pequeñas, esta unión de diodos emisores tiene una resistencia dada por: r ’mi = 25mV / Imi donde 25mV es el voltaje térmico de la unión a temperatura ambiente (25oC) y yomi es la corriente del emisor. Entonces, a medida que aumenta la corriente del emisor, la resistencia del emisor disminuye en una cantidad proporcional.

La corriente de base que fluye a través de esta resistencia interna de la unión emisora ​​de base también fluye hacia afuera ya través de la resistencia de emisor conectada externamente, Rmi. Estas dos resistencias están conectadas en serie, por lo que actúan como una red divisora ​​potencial que crea una caída de voltaje. Dado que el valor de r ’mi es muy pequeño, y Rmi es mucho más grande, por lo general en el rango de kilohms (kΩ), la magnitud de la tensión de salida de los amplificadores es, por lo tanto, menor que su tensión de entrada.

Sin embargo, en realidad, la magnitud de la tensión de salida (pico a pico) está generalmente en el valor de 98 a 99% de la tensión de entrada, que en la mayoría de los casos es lo suficientemente cercana como para ser considerada como ganancia unitaria.

Podemos calcular la ganancia de voltaje, VUNA del amplificador de colector común utilizando la fórmula del divisor de voltaje como se muestra, asumiendo que el voltaje base, Vsegundo es en realidad el voltaje de entrada, VEN.

Amplificador de colector común de ganancia de voltaje

amplificador de colector común ganancia de voltaje

Por lo tanto, el amplificador de colector común no puede proporcionar amplificación de voltaje y otra expresión utilizada para describir el circuito del amplificador de colector común es como Circuito seguidor de voltaje por obvias razones. Por lo tanto, dado que la señal de salida sigue de cerca a la entrada y está en fase con la entrada, el circuito del colector común es, por lo tanto, un amplificador de ganancia de voltaje unitario que no invierte.

Amplificador de colector común Ejemplo No1

Un amplificador de colector común se construye utilizando un transistor bipolar NPN y una red de polarización de divisor de voltaje. Si R1 = 5k6Ω, R2 = 6k8Ω y la tensión de alimentación es de 12 voltios. Calcula los valores de: Vsegundo, Vdo y Vmi, la corriente del emisor Imi, la resistencia interna del emisor r 'mi y los amplificadores de ganancia de voltaje AV cuando se usa una resistencia de carga de 4k7Ω. Dibuje también el circuito final y la curva de características correspondientes con la línea de carga.

1. Voltaje de polarización de la base, Vsegundo

Voltaje de polarización de la base del colector común

2. Tensión del colector, Vdo. Como no hay resistencia de carga del colector, el terminal del colector de los transistores está conectado directamente al riel de alimentación de CC, por lo que Vdo = VCC = 12 voltios.

3. Voltaje de polarización del emisor, Vmi

colector común voltaje de polarización

4. Corriente del emisor, Imi

colector corriente común

5. Resistencia del emisor de CA, r 'mi

Resistencia de emisor de colector común

6. Ganancia de voltaje, AV

ganancia de voltaje del colector común

Circuito amplificador de colector común con línea de carga

Amplificador de colector común con línea de carga.

Impedancia de entrada del colector común

Aunque el amplificador de colector común no es muy bueno para ser un amplificador de voltaje, porque como hemos visto, su pequeña ganancia de voltaje de señal es aproximadamente igual a uno (AV ≅ 1), sin embargo, hace un circuito de búfer de voltaje muy bueno debido a su alta entrada (ZEN) y baja salida (ZAFUERA) impedancias, proporcionando aislamiento entre una fuente de señal de entrada de una carga de impedancia de carga.

Otra característica útil del amplificador de colector común es que proporciona ganancia de corriente (Ayo) Mientras sea conductor. Es decir, puede pasar una gran corriente que fluye desde el colector al emisor, en respuesta a un pequeño cambio en su corriente base, Isegundo. Recuerda que esta corriente continua solo ve Rmi como no hay Rdo. Entonces la corriente continua es simplemente: VCC/ Rmi que puede ser grande si Rmi es pequeño.

Considere la siguiente configuración básica de amplificador de colector común o seguidor de emisor.

Configuración del amplificador de colector común

configuración de amplificador de colector común

Para el análisis de CA del circuito, los condensadores están cortocircuitados y VCC está en cortocircuito (impedancia cero). Por lo tanto, el circuito equivalente se da como se muestra con las corrientes de polarización y los voltajes dados como:

modelo seguidor de emisor
análisis de seguidor de emisor

La impedancia de entrada, ZEN de la configuración del colector común mirando a la base se da como:

Impedancia de entrada del colector común

Pero como Beta, β es generalmente mucho mayor que 1 (generalmente por encima de 100), la expresión de: β + 1 puede reducirse a solo Beta, β, ya que la multiplicación por 100 es prácticamente la misma que la multiplicación por 101. Por lo tanto:

Amplificador de colector común Impedancia de base

amplificador de colector común de impedancia base

Donde: β es la ganancia de corriente de los transistores, Rmi es la resistencia equivalente del emisor, y r 'mi Es la resistencia de ca del diodo base emisor. Tenga en cuenta que ya que el valor combinado de Rmi es generalmente mucho mayor que la resistencia equivalente a los diodos, r 'mi (kilo-ohms en comparación con unos pocos ohms) la impedancia de la base de los transistores se puede dar de la siguiente manera: β * Rmi.

Un punto interesante a notar aquí es que los transistores ingresan la impedancia base, ZEn base) puede ser controlado por el valor de la resistencia de la pata del emisor, Rmi o la resistencia de carga RL ya que están conectados en paralelo.

Mientras que la ecuación anterior nos da la entradaLa impedancia que mira hacia la base del transistor no nos da la verdadera impedancia de entrada que la señal de la fuente vería al mirar el circuito completo del amplificador. Para eso debemos considerar las dos resistencias que conforman la red de polarización del divisor de voltaje. Así:

Impedancia de entrada del amplificador de colector común

Impedancia de entrada del colector común

Ejemplo de colector común n. ° 2

Usando el circuito anterior del amplificador de colector común anterior, calcule las impedancias de entrada de la base de los transistores y la etapa del amplificador si la resistencia de carga, RL es 10kΩ y la ganancia de corriente de los transistores NPN es 100.

1. Resistencia del emisor de CA, r 'mi

Colector común Resistencia de la pierna del emisor

2. Resistencia de carga equivalente, Rmi

resistencia de carga

3. Transistores Base Impedancia, ZBASE

resistencia de la base

2. Impedancia de entrada del amplificador, ZEN EL ESCENARIO)

resistencia de entrada del amplificador

Como la base de los transistores es de 322kΩ.mucho más alta que la impedancia de entrada del amplificador de solo 2.8kΩ, por lo tanto, la impedancia de entrada del amplificador de colector común está determinada por la relación de las dos resistencias de polarización, R1 y R2.

Impedancia de salida del colector común

Para determinar la impedancia de salida de los amplificadores CC ZAFUERA Mirando desde la carga hacia los amplificadores.En el terminal emisor, primero debemos eliminar la carga, ya que queremos ver la resistencia efectiva del amplificador que impulsa la carga. Por lo tanto, el circuito equivalente de CA que mira la salida de los amplificadores se da como:

configuración de salida de colector común

Desde arriba, la impedancia de entrada del circuito base se da como: Rsegundo = R1|| R2. La ganancia de corriente del transistor se da como: β. Así, la ecuación de salida se da como:

Impedancia de salida de colector común

Podemos ver entonces que la resistencia del emisor, Rmi está efectivamente en paralelo con toda la impedancia del transistor mirando hacia atrás en su terminal emisor.

Si calculamos la impedancia de salida de nuestro circuito amplificador de emisor común utilizando los valores de los componentes de arriba, daría una impedancia de salida ZAFUERA de menos de 50Ω (49.5Ω) que es mucho más pequeña que la impedancia de entrada más alta, ZEN BASE) calculado previamente.

Así podemos ver entonces que el Amplificador de colector común La configuración tiene, desde el cálculo, una muy altaImpedancia de entrada y una impedancia de salida muy baja que le permite conducir una carga de baja impedancia. De hecho, debido a que los amplificadores CC tienen una impedancia de entrada relativamente alta y una impedancia de salida muy baja, se usa comúnmente como un amplificador de búfer de ganancia unitaria.

Habiendo determinado que la impedancia de salida, ZAFUERA de nuestro ejemplo, el amplificador de arriba es aproximadamente 50Ω por cálculo, si ahora conectamos la resistencia de carga de 10 kΩ nuevamente al circuito, la impedancia de salida resultante será:

Impedancia de salida

Aunque la resistencia de carga es de 10kΩ, la resistencia de salida equivalente aún es baja en 49.3Ω. Esto es porque RL es grande en comparación con ZAFUERA, por lo tanto para la máxima transferencia de potencia, RL debe ser igual a ZAFUERA. Como la ganancia de voltaje del amplificador de colector común se considera unidad (1), la ganancia de potencia de los amplificadores debe ser igual a su ganancia actual, como P = V * I.

Dado que la ganancia de corriente del colector común se define como la relación de la corriente del emisor a la corriente base, γ = Imi/YOsegundo = β + 1, por lo tanto, se deduce que la ganancia de corriente de los amplificadores debe ser aproximadamente igual a Beta (β), ya que β + 1 es prácticamente la misma que Beta.

Resumen de coleccionista común

Hemos visto en este tutorial sobre la Amplificador de colector común que recibe su nombre porque el terminal colector del BJT es común a los circuitos de entrada y salida, ya que no hay resistencia del colector, Rdo.

La ganancia de voltaje del amplificador de colector común es aproximadamente igual a la unidad (Av ≅ 1) y que su ganancia actual, Ayo es aproximadamente igual a Beta, (Ayo≅β) que, dependiendo del valor de los transistores particulares, el valor Beta puede ser bastante alto.

También hemos visto a través del cálculo, que la impedancia de entrada, ZEN es alta mientras que su impedancia de salida, ZAFUERA es bajo, lo que lo hace útil para propósitos de igualación de impedancias (o de resistencia) o como un circuito de amortiguamiento entre una fuente de voltaje y una carga de baja impedancia.

A medida que el amplificador del colector común (CC) recibe su señal de entrada a la base con el voltaje de salida tomado a través de la carga del emisor, los voltajes de entrada y salida están "en fase" (0o diferencia de fase) por lo tanto, la configuración del colector común va por el nombre secundario de Seguidor de emisores como el voltaje de salida (voltaje del emisor) sigue el voltaje de base de entrada.

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