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.