Umumiy kollektorli ulanish

Elektronikada umumiy kollektor kuchaytirgichi (shuningdek, emitter izdoshi sifatida ham tanilgan) uchta asosiy bir bosqichli bipolyar ulanish tranzistori (BJT) kuchaytirgich topologiyalaridan biri boʻlib, odatda kuchlanish buferi sifatida ishlatiladi.

Ushbu sxemada tranzistorning asosiy terminali kirish boʻlib xizmat qiladi, emitter — chiqish va kollektor ikkalasi uchun umumiydir (masalan, u yerga havola yoki elektr taʼminoti rayiga bogʻlangan boʻlishi mumkin), shuning uchun uning nomi. Shunga oʻxshash maydon effektli tranzistor sxemasi umumiy drenaj kuchaytirgichi va shunga oʻxshash quvur sxemasi katod izdoshidir.

Asosiy sxema

2-rasm: Salbiy qayta aloqa kuchaytirgichi

Sxemani tranzistorni salbiy teskari aloqa nazorati ostida koʻrish orqali tushuntirish mumkin. Shu nuqtai nazardan, umumiy kollektor bosqichi (1-rasm) toʻliq seriyali salbiy teskari aloqaga ega kuchaytirgichdir. Ushbu konfiguratsiyada (b = 1 bilan 2-rasm), barcha chiqish voltaji V _tashqariga qarama-qarshi va kirish voltaji V _bilan ketma-ket joylashtiriladi. Shunday qilib, ikkita kuchlanish Kirchhoffning kuchlanish qonuniga (KVL) muvofiq chiqariladi (funksiya blok diagrammasidagi ayiruvchi faqat kirish tsikli tomonidan amalga oshiriladi) va ularning farqi V _diff = V _in − V _chiqish baza-emitter birikmasiga qoʻllanadi. . Tranzistor doimiy ravishda V _diffni kuzatib boradi va kollektor oqimini emitter qarshiligi R _E orqali oʻtkazib, oʻzining emitter kuchlanishini minus asosan doimiy V _BE _ga teng V ga moslashtiradi. Natijada, chiqish kuchlanishi V _BE dan V ₊ gacha boʻlgan kirish voltaji oʻzgarishlarini kuzatib boradi ; shuning uchun „emitter izdoshi“ nomi.

Intuitiv ravishda, bu xatti-harakatni V _BE nisbiy oʻzgarishlarga juda sezgir emasligini anglash orqali ham tushunish mumkin, shuning uchun bazaviy kuchlanishdagi har qanday oʻzgarish (yaxshi yaqinlashish uchun) toʻgʻridan-toʻgʻri emitterga uzatiladi. Bu biroz turli xil buzilishlarga bogʻliq (tranzistor bardoshliklari, harorat oʻzgarishi, yuk qarshiligi, agar u qoʻshilsa, kollektor rezistori va boshqalar), chunki tranzistor bu buzilishlarga reaksiyaga kirishadi va muvozanatni tiklaydi. Kirish kuchlanishi musbat relsga etib borsa ham, u hech qachon toʻyinmaydi.

Umumiy kollektor sxemasi kuchlanishning deyarli birlik ortishiga ega ekanligini matematik tarzda koʻrsatish mumkin:

A_{v}={\frac {v_{\text{out}}}{v_{\text{in}}}}\approx 1.

3-rasm: emitter-izdosh sxemasining PNP versiyasi, barcha polaritlar teskari.

Kirish terminalidagi kichik kuchlanish oʻzgarishi chiqishda takrorlanadi (tranzistorning kuchayishi va yuk qarshiligining qiymatiga bir oz bogʻliq; quyidagi daromad formulasiga qarang). Ushbu sxema foydalidir, chunki u katta kirish empedansiga ega

r_{\text{in}}\approx \beta _{0}R_{\text{E}},

shuning uchun u oldingi sxemani va kichik chiqish empedansini yuklamaydi

r_{\text{out}}\approx {\frac {R_{\text{E}}\parallel R_{\text{source}}}{\beta _{0}}},

shuning uchun u past qarshilikli yuklarni haydashi mumkin.

Odatda, emitter qarshiligi sezilarli darajada kattaroq va uni tenglamadan olib tashlash mumkin:

r_{\text{out}}\approx {\frac {R_{\text{source}}}{\beta _{0}}}.

Ilovalar

4-rasm: integral mikrosxemalar uchun mos keladigan oqim manbasiga ega boʻlgan NPN kuchlanish izdoshi

Past chiqish empedansı, katta chiqish empedansına ega boʻlgan manbaga kichik yuk empedansını boshqarishga imkon beradi; kuchlanish tampon vazifasini bajaradi. Boshqacha qilib aytadigan boʻlsak, kontaktlarning zanglashiga olib keladigan kuchlanish oʻrniga oqim kuchayishi (bu koʻp jihatdan tranzistorning h _FE ga bogʻliq), uning xususiyatlari tufayli koʻplab elektron qurilmalarda afzallik beriladi. Kirish oqimining kichik oʻzgarishi, chiqish yukiga etkazib beriladigan chiqish oqimining ancha katta oʻzgarishiga olib keladi.

Bufer harakatining bir jihati impedanslarni oʻzgartirishdir. Misol uchun, Tevenin qarshiligi yuqori boʻlgan kuchlanish manbai tomonidan boshqariladigan kuchlanish izdoshining kombinatsiyasining Thevenin qarshiligi faqat kuchlanish izdoshining chiqish qarshiligiga (kichik qarshilik) kamayadi. Ushbu qarshilikning kamayishi kombinatsiyani yanada ideal kuchlanish manbai qiladi. Aksincha, kichik yuk qarshiligi va haydash bosqichi orasiga oʻrnatilgan kuchlanish izdoshi haydash bosqichiga katta yuk beradi — kuchlanish signalini kichik yukga ulashda afzallik.

Ushbu konfiguratsiya odatda sinf-B va AB sinf kuchaytirgichlarining chiqish bosqichlarida qoʻllanadi. Asosiy sxema tranzistorni sinf-B yoki AB rejimida ishlatish uchun oʻzgartiriladi. Sinf-A rejimida, baʼzida chiziqlilikni va / yoki samaradorlikni yaxshilash uchun R _E (4-rasm) oʻrniga faol oqim manbai ishlatiladi.

Xususiyatlari

Past chastotalarda va soddalashtirilgan gibrid-pi modelidan foydalanib, quyidagi kichik signal xarakteristikalari olinishi mumkin. (Parametr $\beta =g_{m}r_{\pi }$ va parallel chiziqlar parallel boʻlgan komponentlarni bildiradi)

	Taʼrif	Ifoda	Taxminiy ifoda	Shartlar
Joriy daromad	$A_{\mathrm {i} }={i_{\text{out}} \over i_{\text{in}}}$	$\beta _{0}+1\$	$\approx \beta _{0}$	$\beta _{0}\gg 1$
Kuchlanish ortishi	$A_{\mathrm {v} }={v_{\text{out}} \over v_{\text{in}}}$	${g_{m}R_{\text{E}} \over g_{m}R_{\text{E}}+1}$	$\approx 1$	$g_{m}R_{\text{E}}\gg 1$
Kirish qarshiligi	$r_{\text{in}}={\frac {v_{\text{in}}}{i_{\text{in}}}}$	$r_{\pi }+(\beta _{0}+1)R_{\text{E}}\$	$\approx \beta _{0}R_{\text{E}}$	$(g_{m}R_{\text{E}}\gg 1)\wedge (\beta _{0}\gg 1)$
Chiqish qarshiligi	$r_{\text{out}}={\frac {v_{\text{out}}}{i_{\text{out}}}}$	$R_{\text{E}}\parallel {r_{\pi }+R_{\text{source}} \over \beta _{0}+1}$	$\approx {1 \over g_{m}}+{R_{\text{source}} \over \beta _{0}}$	$(\beta _{0}\gg 1)\wedge (r_{\text{in}}\gg R_{\text{source}})$

bu yerda $R_{\text{source}}\$ Thevenin ekvivalent manba qarshiligidir.

Hosil boʻlganlar

5-rasm: Bipolyar qurilma sigʻimlarini eʼtiborsiz qoldiradigan darajada past chastotalarda bipolyar tranzistor uchun gibrid-pi modelidan foydalangan holda 3-rasmga mos keladigan kichik signalli sxema

6-rasm: Chiqish qarshiligini topish uchun chiqishda sinov oqimi bilan bipolyar kuchlanish izdoshi uchun past chastotali kichik signalli sxema. Rezistor

R_{\text{E}}=R_{\text{L}}\parallel r_{\text{O}}

.

5-rasmda 3-rasmdagi sxema uchun past chastotali gibrid-pi modeli koʻrsatilgan. Ohm qonunidan foydalanib, turli xil oqimlar aniqlandi va bu natijalar diagrammada koʻrsatilgan. Kirxgofning amaldagi qonunini emitterda qoʻllash natijasida quyidagilar topiladi:

(\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).

Quyidagi qarshilik qiymatlarini aniqlang:

{\begin{aligned}{\frac {1}{R_{\text{E}}}}&={\frac {1}{R_{\text{L}}}}+{\frac {1}{r_{\text{O}}}},\\[2pt]R&={\frac {R_{\text{S}}+r_{\pi }}{\beta +1}}.\end{aligned}}

Keyin shartlarni yigʻish orqali kuchlanish kuchayishi topiladi:

A_{\text{v}}={\frac {v_{\text{out}}}{v_{\text{in}}}}={\frac {1}{1+{\frac {R}{R_{\text{E}}}}}}.

Ushbu natijadan, agar maxrajdagi qarshilik nisbati kichik boʻlsa, daromad birlikka yaqinlashadi (bufer kuchaytirgich uchun kutilganidek). Bu nisbat joriy daromadning kattaroq qiymatlari bilan kamayadi b va kattaroq qiymatlari bilan $R_{\text{E}}$ . Kirish qarshiligi sifatida topiladi

{\begin{aligned}R_{\text{in}}&={\frac {v_{\text{in}}}{i_{\text{b}}}}={\frac {R_{\text{S}}+r_{\pi }}{1-A_{\text{v}}}}\\&=\left(R_{\text{S}}+r_{\pi }\right)\left(1+{\frac {R_{\text{E}}}{R}}\right)\\&=R_{\text{S}}+r_{\pi }+(\beta +1)R_{\text{E}}.\end{aligned}}

Transistorning chiqish qarshiligi $r_{\text{O}}$ odatda yukga nisbatan katta $R_{\text{L}}$ , va shuning uchun $R_{\text{L}}$ hukmronlik qiladi $R_{\text{E}}$ . Ushbu natijadan kuchaytirgichning kirish qarshiligi chiqish yukining qarshiligidan ancha katta $R_{\text{L}}$ katta oqim daromadi uchun $\beta$ . Yaʼni, kuchaytirgichni yuk va manba oʻrtasida joylashtirish manbaga toʻgʻridan-toʻgʻri ulashdan koʻra kattaroq (yuqori qarshilikli) yuk beradi. $R_{\text{L}}$ , bu manba empedansida kamroq signal zaiflashishiga olib keladi $R_{\text{S}}$ kuchlanish boʻlinishi natijasida.

6-rasmda kirish qisqa tutashuvi va uning chiqishida sinov oqimi oʻrnatilgan 5-rasmdagi kichik signalli sxema koʻrsatilgan. Chiqish qarshiligi ushbu sxema yordamida topiladi

R_{\text{out}}={\frac {v_{\text{x}}}{i_{\text{x}}}}.

Ohm qonunidan foydalanib, diagrammada koʻrsatilganidek, turli xil oqimlar topildi. Asosiy oqim uchun shartlarni toʻplash, asosiy oqim sifatida topiladi

(\beta +1)i_{\text{b}}=i_{\text{x}}-{\frac {v_{\text{x}}}{R_{\text{E}}}},

bu yerda $R_{\text{E}}$ yuqorida belgilangan. Asosiy oqim uchun ushbu qiymatdan foydalanib, Ohm qonuni beradi

v_{\text{x}}=i_{\text{b}}\left(R_{\text{S}}+r_{\pi }\right).

Asosiy oqimni almashtirish va shartlarni yigʻish,

R_{\text{out}}={\frac {v_{\text{x}}}{i_{\text{x}}}}=R\parallel R_{\text{E}},

bu yerda || parallel ulanishni bildiradi va $R$ yuqorida belgilangan. Chunki $R$ odatda joriy daromad qachon kichik qarshilik hisoblanadi $\beta$ katta, $R$ chiqish empedansida ustunlik qiladi, shuning uchun u ham kichikdir. Kichik chiqish empedansi asl kuchlanish manbai va kuchlanish izdoshining ketma-ket kombinatsiyasi chiqish tugunida Tevenin qarshiligi pastroq boʻlgan Tevenin kuchlanish manbasini taqdim etishini anglatadi; yaʼni kuchlanish manbasining kuchlanish izdoshi bilan birikmasi asl kuchlanishdan koʻra idealroq kuchlanish manbasini yaratadi.

Manbalar

R Victor Jones: Basic BJT Amplifier Configurations
NPN Common Collector Amplifier — HyperPhysics
Theodore Pavlic: ECE 327: Transistor Basics; part 6: npn Emitter Follower
Doug Gingrich: The common collector amplifier U of Alberta
Raymond Frey: Lab exercises U of Oregon