Общий коллектор: Общий коллектор — frwiki.wiki — RC74 — интернет-магазин радиоуправляемых моделей

Содержание

Общий коллектор — frwiki.wiki

Общий коллекторный усилитель.

В электронике общий коллектор или эмиттерный повторитель представляет собой тип электронного усилителя, использующего биполярный транзистор . Выражение «общий коллектор» происходит от того факта, что «коллекторный» электрод транзистора подключен к источнику питания. В этой сборке база транзистора служит входом; коллектор подключается к питающей «шине» или к земле; передатчик подключается к управляемой нагрузке. Выражение эмиттерный повторитель происходит от того факта, что выход, подключенный к эмиттеру, почти следует за входным сигналом, подаваемым на базу.

Сборка с общим коллектором имеет коэффициент усиления по напряжению, близкий к единице. Это означает, что переменные сигналы, присутствующие на его входе, будут почти одинаково обнаруживаться на выходе — если нагрузка, подключенная к выходу, не слишком велика. Коэффициент усиления по току этой сборки сильно зависит от h _FE транзистора.

Небольшое изменение входного тока приводит к большему изменению тока, подаваемого на нагрузку, подключенную к выходу. Таким образом, узел с низким максимальным выходным током может использоваться для управления нагрузкой с низким импедансом посредством усилителя с общим коллектором. Эта сборка обычно используется в качестве выходного каскада в усилителях классов B и AB. Затем поляризация транзистора изменяется так, чтобы он работал в классе B или AB. В случае работы класса A выходное сопротивление иногда заменяется активным источником тока , чтобы улучшить линейность и / или повысить эффективность.

Резюме

1 Характеристики в малых сигналах
- 1.1 Коэффициент усиления по напряжению
- 1.2 Входное сопротивление
- 1.3 Текущее усиление
- 1.4 Выходное сопротивление
2 Примечания и ссылки
3 См. Также
- 3.1 Внутренние ссылки

Характеристики в малых сигналах

Примечание: Параллельные сегменты указывают на то, что компоненты с обеих сторон расположены параллельно .

Усиление напряжения

VотытVянетзнак равно(1+β0)(рE‖рловd)рπ+(1+β0)(рE‖рловd){\ Displaystyle {V _ {\ mathrm {out}} \ над V _ {\ mathrm {in}}} = {(1+ \ beta _ {0}) (R _ {\ mathrm {E}} \ | R _ {\ mathrm {load}}) \ over r _ {\ pi} + (1+ \ beta _ {0}) (R _ {\ mathrm {E}} \ | R _ {\ mathrm {load}}) }}

Входное сопротивление

рянетзнак равнор1‖р2‖(рπ+(1+β0)(рE‖рловd)){\ displaystyle r _ {\ mathrm {in}} = R_ {1} \, \ | \, R_ {2} \, \ left \ | \, \ left (r _ {\ pi} + (1+ \ beta _ {0}) (R _ {\ mathrm {E}} \ | R _ {\ mathrm {load}}) \ right) \ right. \,}

Текущий прирост

Вvмзнак равноВv*рянетрловd{\ displaystyle A _ {\ mathrm {vm}} = Av * {r _ {\ mathrm {in}} \ over R _ {\ mathrm {load}}}}

Выходное сопротивление

ротытзнак равнорE‖(р1‖р2)+рπ(1+β0){\ displaystyle r _ {\ mathrm {out}} = R _ {\ mathrm {E}} \ left \ | {\ frac {(R_ {1} \ | R_ {2}) + r _ {\ pi}} {(1 + \ beta _ {0})}} \ right.}

(рEзнак равнор3){\ displaystyle (R _ {\ mathrm {E}} = R _ {\ mathrm {3}})}

Сопротивление генератора, который атакует каскад общего коллектора, влияет на выходное сопротивление. Это может быть выходное сопротивление предыдущего каскада. Выходное сопротивление становится: рграмм{\ displaystyle R_ {g}}

ротытзнак равнорE‖(рграмм‖р1‖р2)+рπ(1+β0){\ displaystyle r _ {\ mathrm {out}} = R _ {\ mathrm {E}} \ left \ | {\ frac {(R_ {g} \ | R_ {1} \ | R_ {2}) + r _ {\ pi}} {(1+ \ beta _ {0})}} \ right.}

Формула действительна с импедансами.

Переменные, не указанные на диаграмме:

g _m : крутизна в сименсах , рассчитанная благодаря : грамммзнак равнояПРОТИВVТ{\ displaystyle g_ {m} = {I _ {\ mathrm {C}} \ над V _ {\ mathrm {T}}} \,}
- яПРОТИВ{\ Displaystyle I _ {\ mathrm {C}} \,} : ток смещения коллектора,
- VТзнак равноkТq{\ Displaystyle V _ {\ mathrm {T}} = {kT \ over q} \,}это термическое напряжение . Он зависит от постоянной Больцмана k , элементарного заряда q и температуры T транзистора в Кельвинах . При комнатной температуре оно составляет 25 мВ (см. Калькулятор Google ).
β0знак равнояПРОТИВяB{\ displaystyle \ beta _ {0} = {I _ {\ mathrm {C}} \ over I _ {\ mathrm {B}}} \,}- коэффициент усиления по току низкой частоты (обычно называемый h _FE ). Это параметр, специфичный для каждого транзистора. Это указано в его техническом паспорте.
рπзнак равноβ0грамммзнак равноVТяB{\ displaystyle r _ {\ pi} = {\ beta _ {0} \ over g_ {m}} = {V _ {\ mathrm {T}} \ over I _ {\ mathrm {B}}} \,}

Примечания и ссылки

↑ Род Эллиот: Усилитель мощности класса A мощностью 20 Вт

Смотрите также

Внутренние ссылки

Электронный усилитель
Узлы усилителя:
- Для биполярного транзистора :
  - Общая база ;
  - Обычный передатчик .
- Для полевого транзистора :
  - Общий сток ;
  - Общая сетка ;
  - Общий источник .

(fr) Эта статья частично или полностью взята из статьи в Википедии на английском языке под названием « Common Collector » ( см. список авторов ) .

Общий коллектор — Common collector

Рисунок 1: Базовая схема общего коллектора NPN (без учета деталей смещения ).

В электронике усилитель с общим коллектором (также известный как эмиттерный повторитель ) является одной из трех основных топологий усилителя с одноступенчатым биполярным переходным транзистором (BJT), обычно используемых в качестве буфера напряжения .

В этой схеме базовый вывод транзистора служит входом, эмиттер — выходом, а коллектор является общим для обоих (например, он может быть привязан к заземлению или шине питания ), отсюда и его название. Аналогичная схема на полевом транзисторе представляет собой усилитель с общим стоком, а аналогичная схема на лампе является катодным повторителем .

СОДЕРЖАНИЕ

1 Базовая схема
2 Приложения
3 Характеристики
- 3. 1 Выводы
4 См. Также
5 ссылки
6 Внешние ссылки

Базовая схема

Рисунок 2: Усилитель с отрицательной обратной связью

Схема может быть объяснена, если рассматривать транзистор как находящийся под управлением отрицательной обратной связи. С этой точки зрения каскад с общим коллектором (рис. 1) представляет собой усилитель с полной последовательной отрицательной обратной связью . В этой конфигурации (рис. 2 с β = 1) все выходное напряжение

V _out размещено напротив и последовательно с входным напряжением V _in . Таким образом, два напряжения вычитаются согласно закону напряжения Кирхгофа (KVL) (вычитатель из функциональной блок-схемы реализуется только входным контуром), и их необычайная разница V _diff = V _in — V _out применяется к базе-эмиттеру. соединение. Транзистор непрерывно контролирует V _диф и регулирует его эмиттер почти равен (меньше V _BEO ) входное напряжение при прохождении тока коллектора согласно через эмиттерный резистор R _E .

В результате выходное напряжение следует за изменениями входного напряжения от V _BEO до V ₊ ; отсюда и название «эмиттер-последователь».

Интуитивно это поведение можно также понять, поняв, что напряжение база-эмиттер в биполярном транзисторе очень нечувствительно к изменениям смещения, поэтому любое изменение напряжения базы передается (с хорошим приближением) непосредственно на эмиттер. Это немного зависит от различных нарушений (допуски транзистора, колебания температуры, сопротивление нагрузки, резистор коллектора, если он добавлен и т. Д.), Поскольку транзистор реагирует на эти нарушения и восстанавливает равновесие. Он никогда не насыщается, даже если входное напряжение достигает положительной шины.

Математически можно показать, что схема с общим коллектором имеет коэффициент усиления по напряжению, равный почти единице:

А v знак равно v вне v в ≈ 1. {\ displaystyle A_ {v} = {\ frac {v _ {\ text {out}}} {v _ {\ text {in}}}} \ примерно 1}

Рисунок 3: Версия схемы эмиттер-повторитель PNP, все полярности поменяны местами.

Небольшое изменение напряжения на входной клемме будет воспроизведено на выходе (немного в зависимости от коэффициента усиления транзистора и значения сопротивления нагрузки ; см. Формулу усиления ниже). Эта схема полезна, потому что у нее большой входной импеданс.

р в ≈ β 0 р E , {\ displaystyle r _ {\ text {in}} \ приблизительно \ beta _ {0} R _ {\ text {E}},}

поэтому он не будет загружать предыдущую схему, и небольшой выходной импеданс

р вне ≈ р E ∥ р источник β 0 , {\ displaystyle r _ {\ text {out}} \ приблизительно {\ frac {R _ {\ text {E}} \ parallel R _ {\ text {source}}} {\ beta _ {0}}},}

поэтому он может управлять нагрузками с низким сопротивлением.

Обычно эмиттерный резистор значительно больше и его можно исключить из уравнения:

р вне ≈ р источник β 0 . {\ displaystyle r _ {\ text {out}} \ приблизительно {\ frac {R _ {\ text {source}}} {\ beta _ {0}}}.}

Приложения

Рисунок 4: Повторитель напряжения NPN со смещением источника тока, подходящий для интегральных схем

Низкое выходное сопротивление позволяет источнику с большим выходным сопротивлением управлять малым сопротивлением нагрузки ; он функционирует как буфер напряжения . Другими словами, схема имеет коэффициент усиления по току (который в значительной степени зависит от h _FE транзистора) вместо усиления по напряжению, поскольку из-за своих характеристик он предпочтителен во многих электронных устройствах. Небольшое изменение входного тока приводит к гораздо большему изменению выходного тока, подаваемого на выходную нагрузку.

Одним из аспектов буферного действия является преобразование импедансов. Например, сопротивление Thévenin комбинации повторителя напряжения, управляемого источником напряжения с высоким сопротивлением Thévenin, уменьшается только до выходного сопротивления повторителя напряжения (небольшое сопротивление). Такое снижение сопротивления делает комбинацию более идеальным источником напряжения. И наоборот, повторитель напряжения, вставленный между малым сопротивлением нагрузки и приводной ступенью, представляет большую нагрузку на приводную ступень — преимущество в связи сигнала напряжения с небольшой нагрузкой.

Эта конфигурация обычно используется в выходных каскадах усилителей класса B и класса AB . Базовая схема модифицирована для работы транзистора в режиме класса B или AB. В режиме класса A иногда вместо R _E используется активный источник тока (рис. 4) для улучшения линейности и / или эффективности.

Характеристики

На низких частотах и с использованием упрощенной модели гибридного Пи можно получить следующие характеристики слабого сигнала . (Параметр и параллельные линии указывают на параллельные компоненты .) β знак равно грамм м р π {\ displaystyle \ beta = g_ {m} r _ {\ pi}}

	Определение	Выражение	Примерное выражение	Условия
Текущий прирост	А я знак равно я о ты т я я п {\ displaystyle {A _ {\ mathrm {i}}} = {я _ {\ mathrm {out}} \ над i _ {\ mathrm {in}}}}	β 0 + 1 {\ displaystyle \ beta _ {0} +1 \}	≈ β 0 {\ displaystyle \ приблизительно \ beta _ {0}}	β 0 ≫ 1 {\ displaystyle \ beta _ {0} \ gg 1}
Усиление напряжения	А v знак равно v о ты т v я п {\ displaystyle {A _ {\ mathrm {v}}} = {v _ {\ mathrm {out}} \ over v _ {\ mathrm {in}}}}	грамм м р E грамм м р E + 1 {\ displaystyle {g_ {m} R _ {\ mathrm {E}} \ over g_ {m} R _ {\ mathrm {E}} +1}}	≈ 1 {\ displaystyle \ приблизительно 1}	грамм м р E ≫ 1 {\ displaystyle g_ {m} R _ {\ mathrm {E}} \ gg 1}
Входное сопротивление	р я п знак равно v я п я я п {\ displaystyle r _ {\ mathrm {in}} = {\ frac {v _ {\ mathrm {in}}} {я _ {\ mathrm {in}}}}}	р π + ( β 0 + 1 ) р E {\ displaystyle r _ {\ pi} + (\ beta _ {0} +1) R _ {\ mathrm {E}} \}	≈ β 0 р E {\ displaystyle \ приблизительно \ beta _ {0} R _ {\ mathrm {E}}}	( грамм м р E ≫ 1 ) ∧ ( β 0 ≫ 1 ) {\ displaystyle (g_ {m} R _ {\ mathrm {E}} \ gg 1) \ клин (\ beta _ {0} \ gg 1)}
Выходное сопротивление	р о ты т знак равно v о ты т я о ты т {\ displaystyle r _ {\ mathrm {out}} = {\ frac {v _ {\ mathrm {out}}} {я _ {\ mathrm {out}}}}}	р E ∥ ( р π + р s о ты р c е β 0 + 1 ) {\ displaystyle R _ {\ mathrm {E}} \ parallel \ left ({r _ {\ pi} + R _ {\ mathrm {source}} \ over \ beta _ {0} +1} \ right)}	≈ 1 грамм м + р s о ты р c е β 0 {\ displaystyle \ приблизительно {1 \ над g_ {m}} + {R _ {\ mathrm {source}} \ over \ beta _ {0}}}	( β 0 ≫ 1 ) ∧ ( р я п ≫ р s о ты р c е ) {\ displaystyle (\ beta _ {0} \ gg 1) \ wedge (r _ {\ mathrm {in}} \ gg R _ {\ mathrm {source}})}

Там, где это Thevenin сопротивление эквивалентного источника. р s о ты р c е {\ Displaystyle R _ {\ mathrm {источник}} \}

Производные

Рисунок 5: Схема слабого сигнала, соответствующая рисунку 3, использующая модель гибридного Пи для биполярного транзистора на частотах, достаточно низких, чтобы игнорировать емкости биполярного устройства.

Рисунок 6: Низкочастотная схема слабого сигнала для биполярного повторителя напряжения с испытательным током на выходе для определения выходного сопротивления. Резистор . р E знак равно р L ∥ р О {\ displaystyle R _ {\ text {E}} = R _ {\ text {L}} \ parallel r _ {\ text {O}}}

На рис. 5 показана низкочастотная гибридная пи-модель для схемы на рис. 3. С помощью закона Ома были определены различные токи, и эти результаты показаны на диаграмме. Применяя текущий закон Кирхгофа к эмиттеру, получаем:

( β + 1 ) v в — v вне р S + р π знак равно v вне ( 1 р L + 1 р О ) .

{\ displaystyle (\ beta +1) {\ frac {v _ {\ text {in}} — v _ {\ text {out}}} {R _ {\ text {S}} + r _ {\ pi}}} = v_ {\ text {out}} \ left ({\ frac {1} {R _ {\ text {L}}}} + {\ frac {1} {r _ {\ text {O}}}} \ right).}

Определите следующие значения сопротивления:

1 р E знак равно 1 р L + 1 р О , {\ displaystyle {\ frac {1} {R _ {\ text {E}}}} = {\ frac {1} {R _ {\ text {L}}}}} + {\ frac {1} {r _ {\ text {O}}}},}

р знак равно р S + р π β + 1 . {\ displaystyle R = {\ frac {R _ {\ text {S}} + r _ {\ pi}} {\ beta +1}}.}

Затем, собрав члены, находится коэффициент усиления по напряжению:

А v знак равно v вне v в знак равно 1 1 + р р E . {\ displaystyle A _ {\ text {v}} = {\ frac {v _ {\ text {out}}} {v _ {\ text {in}}}} = {\ frac {1} {1 + {\ frac { R} {R _ {\ text {E}}}}}}.}

Исходя из этого результата, коэффициент усиления приближается к единице (как и ожидалось для буферного усилителя ), если отношение сопротивлений в знаменателе мало. Это отношение уменьшается с увеличением значения коэффициента усиления по току β и с увеличением значения . Входное сопротивление находится как р E {\ displaystyle R _ {\ text {E}}}

р в знак равно v в я б знак равно р S + р π 1 — А v {\ displaystyle R _ {\ text {in}} = {\ frac {v _ {\ text {in}}} {i _ {\ text {b}}}} = {\ frac {R _ {\ text {S}} + г _ {\ pi}} {1-A _ {\ text {v}}}}}

знак равно ( р S + р π ) ( 1 + р E р ) {\ displaystyle = \ left (R _ {\ text {S}} + r _ {\ pi} \ right) \ left (1 + {\ frac {R _ {\ text {E}}} {R}} \ right)}

знак равно р S + р π + ( β + 1 ) р E . {\ displaystyle = R _ {\ text {S}} + r _ {\ pi} + (\ beta +1) R _ {\ text {E}}.}

Выходное сопротивление транзистора обычно велико по сравнению с нагрузкой и поэтому доминирует . В результате входное сопротивление усилителя намного больше, чем выходное сопротивление нагрузки при большом усилении по току . То есть размещение усилителя между нагрузкой и источником создает большую (высокоомную) нагрузку на источник, чем прямое соединение с ним, что приводит к меньшему ослаблению сигнала в импедансе источника как следствие разделения напряжения . р О {\ displaystyle r _ {\ text {O}}} р L {\ displaystyle R _ {\ text {L}}} р L {\ displaystyle R _ {\ text {L}}} р E {\ displaystyle R _ {\ text {E}}} р L {\ displaystyle R _ {\ text {L}}} β {\ displaystyle \ beta} р L {\ displaystyle R _ {\ text {L}}} р S {\ displaystyle R _ {\ text {S}}}

На рисунке 6 показана схема слабого сигнала с рисунка 5 с короткозамкнутым входом и испытательным током, подаваемым на его выход. Выходное сопротивление определяется по этой схеме как

р вне знак равно v Икс я Икс . {\ displaystyle R _ {\ text {out}} = {\ frac {v _ {\ text {x}}} {i _ {\ text {x}}}}.}

Используя закон Ома, были найдены различные токи, указанные на диаграмме. Собирая термины для базового тока, базовый ток находится как

( β + 1 ) я б знак равно я Икс — v Икс р E , {\ displaystyle (\ beta +1) i _ {\ text {b}} = i _ {\ text {x}} — {\ frac {v _ {\ text {x}}} {R _ {\ text {E}}} },}

где определено выше. Используя это значение для базового тока, закон Ома дает р E {\ displaystyle R _ {\ text {E}}}

v Икс знак равно я б ( р S + р π ) . {\ displaystyle v _ {\ text {x}} = i _ {\ text {b}} \ left (R _ {\ text {S}} + r _ {\ pi} \ right).}

Подставляя базовый ток и собирая условия,

р вне знак равно v Икс я Икс знак равно р ∥ р E , {\ displaystyle R _ {\ text {out}} = {\ frac {v _ {\ text {x}}} {i _ {\ text {x}}}} = R \ parallel R _ {\ text {E}},}

где || обозначает параллельное соединение и определено выше. Поскольку обычно при большом усилении по току сопротивление невелико, оно преобладает над выходным импедансом, который, следовательно, также невелик. Малый выходной импеданс означает, что последовательная комбинация исходного источника напряжения и повторителя напряжения представляет собой источник напряжения Тевенина с более низким сопротивлением Тевенина в его выходном узле; то есть комбинация источника напряжения с повторителем напряжения делает источник напряжения более идеальным, чем исходный. р {\ displaystyle R} р {\ displaystyle R} β {\ displaystyle \ beta} р {\ displaystyle R}