Configurazioni transistor

Ogni transistor ha tre terminali, il emitter, il base, e il collector. Utilizzando questi 3 terminali il transistor può essere collegato in un circuito con un terminale comune sia all'ingresso che all'uscita in tre diverse configurazioni possibili.

I tre tipi di configurazioni sono Common Base, Common Emitter e Common Collectorconfigurazioni. In ogni configurazione, la giunzione dell'emettitore è polarizzata in avanti e la giunzione del collettore è polarizzata inversamente.

Configurazione Common Base (CB)

Il nome stesso implica che il Baseterminale è considerato come terminale comune sia per l'ingresso che per l'uscita del transistor. La connessione di base comune per entrambi i transistor NPN e PNP è come mostrato nella figura seguente.

Per motivi di comprensione, consideriamo il transistor NPN in configurazione CB. Quando viene applicata la tensione dell'emettitore, poiché è polarizzata in avanti, gli elettroni dal terminale negativo respingono gli elettroni dell'emettitore e la corrente fluisce attraverso l'emettitore e la base al collettore per contribuire alla corrente del collettore. La tensione del collettore V CB viene mantenuta costante durante tutto questo.

Nella configurazione CB, la corrente di ingresso è la corrente dell'emettitore IE e la corrente di uscita è la corrente del collettore IC.

Fattore di amplificazione corrente (α)

Il rapporto tra la variazione della corrente del collettore (ΔI C ) e la variazione della corrente dell'emettitore (ΔI E ) quando la tensione del collettore V CB viene mantenuta costante, è chiamato comeCurrent amplification factor. È indicato daα.

$ \ alpha = \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_E} $ a V CB costante

Espressione per la corrente del collettore

Con l'idea di cui sopra, proviamo a disegnare qualche espressione per la corrente del collezionista.

Insieme alla corrente dell'emettitore che scorre, c'è una certa quantità di corrente di base IBche scorre attraverso il terminale di base a causa della ricombinazione del foro di elettroni. Poiché la giunzione collettore-base è polarizzata inversamente, c'è un'altra corrente che scorre a causa dei portatori di carica di minoranza. Questa è la corrente di dispersione che può essere intesa comeIleakage. Ciò è dovuto a portatori di carica di minoranza e quindi molto piccolo.

La corrente dell'emettitore che raggiunge il terminale del collettore è

$$ \ alpha I_E $$

Corrente totale del collettore

$$ I_C = \ alpha I_E + I_ {leakage} $$

Se la tensione base emettitore V EB = 0, anche allora, scorre una piccola corrente di dispersione, che può essere definita I CBO (corrente base collettore con uscita aperta).

La corrente del collettore quindi può essere espressa come

$$ I_C = \ alpha I_E + I_ {CBO} $$

$$ I_E = I_C + I_B $$

$$ I_C = \ alpha (I_C + I_B) + I_ {CBO} $$

$$ I_C (1 - \ alpha) = \ alpha I_B + I_ {CBO} $$

$$ I_C = \ frac {\ alpha} {1 - \ alpha} I_B + \ frac {I_ {CBO}} {1 - \ alpha} $$

$$ I_C = \ left (\ frac {\ alpha} {1 - \ alpha} \ right) I_B + \ left (\ frac {1} {1 - \ alpha} \ right) I_ {CBO} $$

Quindi quanto sopra derivato è l'espressione per corrente di collettore. Il valore della corrente del collettore dipende dalla corrente di base e dalla corrente di dispersione insieme al fattore di amplificazione della corrente di quel transistor in uso.

Caratteristiche della configurazione CB

  • Questa configurazione fornisce guadagno di tensione ma nessun guadagno di corrente.

  • Essendo V CB costante, con un piccolo aumento della tensione di base dell'emettitore V EB , la corrente dell'emettitore I E viene aumentata.

  • La corrente di emettitore I E è indipendente dalla tensione di collettore V CB .

  • La tensione di collettore V CB può influenzare la corrente di collettore I C solo a basse tensioni, quando V EB viene mantenuta costante.

  • La resistenza di ingresso Riè il rapporto tra la variazione della tensione di base dell'emettitore (ΔV EB ) e la variazione della corrente dell'emettitore (ΔI E ) a una tensione di base del collettore costante V CB .

$ R_i = \ frac {\ Delta V_ {EB}} {\ Delta I_E} $ a V CB costante

  • Poiché la resistenza di ingresso è di valore molto basso, un piccolo valore di V EB è sufficiente per produrre un grande flusso di corrente di emettitore corrente I E .

  • La resistenza di uscita Roè il rapporto tra la variazione della tensione di base del collettore (ΔV CB ) e la variazione della corrente del collettore (ΔI C ) alla corrente di emettitore costante IE.

$ R_o = \ frac {\ Delta V_ {CB}} {\ Delta I_C} $ alla costante I E

  • Come la resistenza di uscita è di valore molto elevato, una grande variazione V CB produce un piccolo cambiamento nella corrente di collettore I C .

  • Questa configurazione fornisce una buona stabilità contro l'aumento della temperatura.

  • La configurazione CB viene utilizzata per applicazioni ad alta frequenza.

Configurazione Common Emitter (CE)

Il nome stesso implica che il Emitterterminale è considerato come terminale comune sia per l'ingresso che per l'uscita del transistor. La connessione dell'emettitore comune per entrambi i transistor NPN e PNP è come mostrato nella figura seguente.

Proprio come nella configurazione CB, la giunzione dell'emettitore è polarizzata in avanti e la giunzione del collettore è polarizzata inversamente. Il flusso di elettroni è controllato nello stesso modo. La corrente di ingresso è la corrente di baseIB e la corrente di uscita è la corrente del collettore IC Qui.

Fattore di amplificazione della corrente di base (β)

Il rapporto tra la variazione della corrente del collettore (ΔI C ) e la variazione della corrente di base (ΔI B ) è noto comeBase Current Amplification Factor. È indicato con β.

$$ \ beta = \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_B} $$

Relazione tra β e α

Cerchiamo di derivare la relazione tra il fattore di amplificazione della corrente di base e il fattore di amplificazione della corrente dell'emettitore.

$$ \ beta = \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_B} $$

$$ \ alpha = \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_E} $$

$$ I_E = I_B + I_C $$

$$ \ Delta I_E = \ Delta I_B + \ Delta I_C $$

$$ \ Delta I_B = \ Delta I_E - \ Delta I_C $$

Possiamo scrivere

$$ \ beta = \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_E - \ Delta I_C} $$

Dividendo per ΔI E

$$ \ beta = \ frac {\ Delta I_C / \ Delta I_E} {\ frac {\ Delta I_E} {\ Delta I_E} - \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_E}} $$

abbiamo

$$ \ alpha = \ Delta I_C / \ Delta I_E $$

Perciò,

$$ \ beta = \ frac {\ alpha} {1 - \ alpha} $$

Dall'equazione di cui sopra, è evidente che, quando α si avvicina a 1, β raggiunge l'infinito.

Quindi, the current gain in Common Emitter connection is very high. Questo è il motivo per cui questo collegamento del circuito viene utilizzato principalmente in tutte le applicazioni a transistor.

Espressione per la corrente del collettore

Nella configurazione Emettitore comune, I B è la corrente di ingresso e I C è la corrente di uscita.

Sappiamo

$$ I_E = I_B + I_C $$

E

$$ I_C = \ alpha I_E + I_ {CBO} $$

$$ = \ alpha (I_B + I_C) + I_ {CBO} $$

$$ I_C (1 - \ alpha) = \ alpha I_B + I_ {CBO} $$

$$ I_C = \ frac {\ alpha} {1 - \ alpha} I_B + \ frac {1} {1 - \ alpha} I_ {CBO} $$

Se il circuito di base è aperto, cioè se I B = 0,

Il collettore emettitore di corrente con base aperta è I CEO

$$ I_ {CEO} = \ frac {1} {1 - \ alpha} I_ {CBO} $$

Sostituendo il valore di this nell'equazione precedente, otteniamo

$$ I_C = \ frac {\ alpha} {1 - \ alpha} I_B + I_ {CEO} $$

$$ I_C = \ beta I_B + I_ {CEO} $$

Quindi si ottiene l'equazione per la corrente del collettore.

Tensione al ginocchio

Nella configurazione CE, mantenendo costante la corrente di base I B , se si varia V CE , I C aumenta quasi fino a 1v di V CE e rimane costante successivamente. Questo valore di V CE fino al quale la corrente di collettore I C cambia con V CE è chiamatoKnee Voltage. I transistor mentre operano in configurazione CE, vengono azionati al di sopra di questa tensione di ginocchio.

Caratteristiche della configurazione CE

  • Questa configurazione fornisce un buon guadagno di corrente e guadagno di tensione.

  • Mantenendo V CE costante, con un piccolo aumento di V BE la corrente di base I B aumenta rapidamente rispetto alle configurazioni CB.

  • Per qualsiasi valore di V CE sopra tensione ginocchio, I C è pari a circa βI B .

  • La resistenza di ingresso Riè il rapporto tra la variazione della tensione di base emettitore (ΔV BE ) e la variazione della corrente di base (ΔI B ) a tensione costante di collettore emettitore V CE .

$ R_i = \ frac {\ Delta V_ {BE}} {\ Delta I_B} $ a V CE costante

  • Poiché la resistenza di ingresso è di valore molto basso, un piccolo valore di V BE è sufficiente per produrre un grande flusso di corrente della corrente di base I B .

  • La resistenza di uscita Roè il rapporto di variazione di collettore emettitore tensione (DV CE ) alla variazione della corrente di collettore (ΔI C ) alla costante I B .

$ R_o = \ frac {\ Delta V_ {CE}} {\ Delta I_C} $ alla costante I B

  • Poiché la resistenza di uscita del circuito CE è inferiore a quella del circuito CB.

  • Questa configurazione viene solitamente utilizzata per metodi di stabilizzazione del bias e applicazioni di frequenze audio.

Configurazione Common Collector (CC)

Il nome stesso implica che il Collectorterminale è considerato come terminale comune sia per l'ingresso che per l'uscita del transistor. La connessione del collettore comune per entrambi i transistor NPN e PNP è come mostrato nella figura seguente.

Proprio come nelle configurazioni CB e CE, la giunzione dell'emettitore è polarizzata in avanti e la giunzione del collettore è polarizzata inversamente. Il flusso di elettroni è controllato nello stesso modo. La corrente di ingresso è la corrente di baseIB e la corrente di uscita è la corrente dell'emettitore IE Qui.

Fattore di amplificazione corrente (γ)

Il rapporto tra la variazione della corrente di emettitore (ΔI E ) e la variazione della corrente di base (ΔI B ) è noto comeCurrent Amplification factornella configurazione Common Collector (CC). È indicato con γ.

$$ \ gamma = \ frac {\ Delta I_E} {\ Delta I_B} $$

  • Il guadagno di corrente nella configurazione CC è lo stesso della configurazione CE.
  • Il guadagno di tensione nella configurazione CC è sempre inferiore a 1.

Relazione tra γ e α

Proviamo a tracciare una relazione tra γ e α

$$ \ gamma = \ frac {\ Delta I_E} {\ Delta I_B} $$

$$ \ alpha = \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_E} $$

$$ I_E = I_B + I_C $$

$$ \ Delta I_E = \ Delta I_B + \ Delta I_C $$

$$ \ Delta I_B = \ Delta I_E - \ Delta I_C $$

Sostituendo il valore di I B , otteniamo

$$ \ gamma = \ frac {\ Delta I_E} {\ Delta I_E - \ Delta I_C} $$

Dividendo per ΔI E

$$ \ gamma = \ frac {\ Delta I_E / \ Delta I_E} {\ frac {\ Delta I_E} {\ Delta I_E} - \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_E}} $$

$$ = \ frac {1} {1 - \ alpha} $$

$$ \ gamma = \ frac {1} {1 - \ alpha} $$

Espressione per corrente di collettore

Sappiamo

$$ I_C = \ alpha I_E + I_ {CBO} $$

$$ I_E = I_B + I_C = I_B + (\ alpha I_E + I_ {CBO}) $$

$$ I_E (1 - \ alpha) = I_B + I_ {CBO} $$

$$ I_E = \ frac {I_B} {1 - \ alpha} + \ frac {I_ {CBO}} {1 - \ alpha} $$

$$ I_C \ cong I_E = (\ beta + 1) I_B + (\ beta + 1) I_ {CBO} $$

Quanto sopra è l'espressione per corrente del collettore.

Caratteristiche della configurazione CC

  • Questa configurazione fornisce guadagno di corrente ma nessun guadagno di tensione.

  • Nella configurazione CC, la resistenza di ingresso è alta e la resistenza di uscita è bassa.

  • Il guadagno di tensione fornito da questo circuito è inferiore a 1.

  • La somma della corrente del collettore e della corrente di base è uguale alla corrente dell'emettitore.

  • I segnali di ingresso e di uscita sono in fase.

  • Questa configurazione funziona come uscita dell'amplificatore non invertente.

  • Questo circuito viene utilizzato principalmente per l'adattamento dell'impedenza. Ciò significa pilotare un carico a bassa impedenza da una sorgente ad alta impedenza.