ตัวสะสมทั่วไปของทรานซิสเตอร์

ลองใช้เครื่องมือของเราเพื่อกำจัดปัญหา





แอมพลิฟายเออร์ตัวสะสมทั่วไปของ BJT เป็นวงจรที่ตัวรวบรวมและฐานของ BJT ใช้แหล่งจ่ายอินพุตร่วมกันดังนั้นชื่อตัวรวบรวมทั่วไป

ในบทความก่อนหน้านี้เราได้เรียนรู้การกำหนดค่าทรานซิสเตอร์อีกสองแบบ ได้แก่ ฐานทั่วไป และ common-emitter .



ในบทความนี้เราจะพูดถึงการออกแบบที่สามและขั้นสุดท้ายซึ่งเรียกว่า การกำหนดค่าตัวรวบรวมทั่วไป หรือเรียกอีกอย่างก็คือ emitter-follower

ภาพของการกำหนดค่านี้แสดงด้านล่างโดยใช้ทิศทางการไหลของกระแสมาตรฐานและสัญลักษณ์แรงดันไฟฟ้า:



การกำหนดค่าตัวสะสมร่วมกับทิศทางกระแสมาตรฐานและสัญลักษณ์แรงดันไฟฟ้า

คุณสมบัติหลักของ Common Collector Amplifier

คุณสมบัติหลักและวัตถุประสงค์ของการใช้คอนฟิกูเรชันตัวสะสมทั่วไปของ BJT คือ การจับคู่ความต้านทาน .

เนื่องจากการกำหนดค่านี้มีอิมพีแดนซ์อินพุตสูงและอิมพีแดนซ์เอาต์พุตต่ำ

คุณลักษณะนี้เป็นสิ่งที่ตรงกันข้ามกับอีกสองส่วนที่ใช้ร่วมกันคือการกำหนดค่าตัวส่งสัญญาณทั่วไป

วิธีการทำงานของ Collector Amplifier ทั่วไป

การกำหนดค่าตัวรวบรวมทั่วไป

จากรูปด้านบนเราจะเห็นว่าโหลดที่นี่ถูกยึดด้วยพินตัวปล่อยของทรานซิสเตอร์และตัวสะสมเชื่อมต่อกับการอ้างอิงทั่วไปที่เกี่ยวกับฐาน (อินพุต)

ความหมายตัวเก็บรวบรวมเป็นเรื่องปกติสำหรับทั้งอินพุตและโหลดเอาต์พุต กล่าวอีกนัยหนึ่งอุปทานที่มาถึงฐานและตัวเก็บรวบรวมทั้งสองขั้วร่วมกัน ที่นี่ฐานจะกลายเป็นอินพุตและตัวปล่อยกลายเป็นเอาต์พุต

เป็นเรื่องที่น่าสนใจที่จะทราบว่าแม้ว่าการกำหนดค่าจะคล้ายกับคอนฟิกูเรชันของอีซีแอลทั่วไปก่อนหน้านี้ แต่สามารถมองเห็นตัวรวบรวมที่แนบมากับ 'แหล่งที่มาทั่วไป' ได้

เกี่ยวกับคุณสมบัติการออกแบบเราไม่จำเป็นต้องรวมชุดของคุณสมบัติตัวสะสมทั่วไปเพื่อสร้างพารามิเตอร์วงจร

สำหรับการนำไปใช้งานจริงทั้งหมดลักษณะเอาต์พุตของคอนฟิกูเรชันตัวรวบรวมทั่วไปจะถูกต้องตามที่ระบุไว้สำหรับตัวส่งสัญญาณทั่วไป

Therfeore เราสามารถออกแบบได้โดยใช้ลักษณะที่ใช้สำหรับ เครือข่าย common-emitter .

สำหรับทุกคอนฟิกูเรชันตัวรวบรวมทั่วไปลักษณะเอาต์พุตจะถูกพล็อตโดยใช้ I คือ เทียบกับ V EC สำหรับ I ช่วงของค่า

นี่หมายความว่าทั้ง common-emitter และ common-collector มีค่ากระแสอินพุตที่เหมือนกัน

เพื่อให้บรรลุแกนนอนสำหรับตัวสะสมทั่วไปเราเพียงแค่ต้องเปลี่ยนขั้วของแรงดันไฟฟ้าตัวเก็บรวบรวมในลักษณะตัวปล่อยทั่วไป

ในที่สุดคุณจะเห็นว่าแทบจะไม่มีความแตกต่างในมาตราส่วนแนวตั้งของตัวส่งสัญญาณทั่วไป I ถ้าสิ่งนี้เปลี่ยนกับ I คือ ในลักษณะของนักสะสมทั่วไป (ตั้งแต่ ∝ ≅ 1)

ในขณะที่ออกแบบด้านอินพุตเราสามารถใช้ลักษณะพื้นฐานของตัวส่งสัญญาณร่วมเพื่อให้ได้ข้อมูลที่จำเป็น

ขีด จำกัด ของการดำเนินการ

สำหรับ BJT ใด ๆ ขีด จำกัด ของการดำเนินการหมายถึงพื้นที่ปฏิบัติการมากกว่าลักษณะเฉพาะซึ่งระบุช่วงที่ยอมรับได้สูงสุดและจุดที่ทรานซิสเตอร์สามารถทำงานได้โดยมีการบิดเบือนต่ำสุด

ภาพต่อไปนี้แสดงให้เห็นว่าสิ่งนี้กำหนดไว้สำหรับลักษณะ BJT อย่างไร

เส้นโค้งแสดงขีด จำกัด ของการดำเนินการใน BJT

นอกจากนี้คุณจะพบข้อ จำกัด ของการทำงานเหล่านี้ในเอกสารข้อมูลทรานซิสเตอร์ทั้งหมด

ข้อ จำกัด บางประการของการดำเนินการเหล่านี้สามารถเข้าใจได้ง่ายตัวอย่างเช่นเรารู้ว่าตัวรวบรวมกระแสไฟฟ้าสูงสุดคืออะไร (เรียกว่า ต่อเนื่อง กระแสของตัวเก็บรวบรวมในเอกสารข้อมูล) และแรงดันไฟฟ้าสูงสุดของตัวสะสมต่อตัวปล่อย (โดยทั่วไปจะย่อว่า V ผู้บริหารสูงสุด ในเอกสารข้อมูล)

สำหรับตัวอย่าง BJT ที่แสดงในกราฟด้านบนเราพบ I C (สูงสุด) ระบุเป็น 50 mA และ V ผู้บริหารสูงสุด เป็น 20 V.

เส้นแนวตั้งที่วาดระบุเป็น V EC (หมู่บ้าน) ในลักษณะแสดงค่า V ต่ำสุด นี้ ซึ่งสามารถใช้งานได้โดยไม่ต้องข้ามพื้นที่ที่ไม่ใช่เชิงเส้นโดยระบุด้วยชื่อ 'ภูมิภาคอิ่มตัว'

วี EC (หมู่บ้าน) ระบุไว้สำหรับ BJT โดยปกติจะอยู่ที่ประมาณ 0.3V

ระดับการกระจายสูงสุดที่เป็นไปได้คำนวณโดยใช้สูตรต่อไปนี้:

ในภาพลักษณะข้างต้นการกระจายกำลังสะสมของ BJT ที่สันนิษฐานจะแสดงเป็น 300mW

คำถามคืออะไรคือวิธีการที่เราสามารถพล็อตเส้นโค้งสำหรับการกระจายกำลังของตัวสะสมซึ่งกำหนดโดยข้อกำหนดต่อไปนี้:

คือ

นี่หมายความว่าผลิตภัณฑ์ของ V นี้ และฉัน จะต้องมีค่าเท่ากับ 300mW ณ จุดใด ๆ ของคุณลักษณะ

ถ้าสมมุติว่าฉัน มีค่าสูงสุด 50mA การแทนที่สิ่งนี้ในสมการด้านบนทำให้เราได้ผลลัพธ์ดังต่อไปนี้:

ผลลัพธ์ข้างต้นบอกเราว่าถ้าฉัน = 50mA แล้ว V นี้ จะเป็น 6V บนเส้นโค้งการกระจายกำลังไฟฟ้าตามที่พิสูจน์แล้วในรูปที่ 3.22

ทีนี้ถ้าเราเลือก V นี้ ด้วยค่าสูงสุด 20V ตามด้วย I ระดับจะเป็นตามที่ประเมินด้านล่าง:

สิ่งนี้สร้างจุดที่สองเหนือเส้นโค้งกำลัง

ตอนนี้ถ้าเราเลือกระดับ I ประมาณกลางๆสมมุติที่ 25mA และใช้กับระดับผลลัพธ์ของ V นี้ จากนั้นเราจะได้รับแนวทางแก้ไขต่อไปนี้:

สิ่งเดียวกันนี้ได้รับการพิสูจน์แล้วในรูปที่ 3.22 ด้วย

3 จุดที่อธิบายสามารถนำไปใช้อย่างมีประสิทธิภาพเพื่อให้ได้ค่าโดยประมาณของเส้นโค้งจริง ไม่ต้องสงสัยเลยว่าเราสามารถใช้จำนวนจุดมากกว่าในการประมาณค่าและได้รับความแม่นยำที่ดียิ่งขึ้นอย่างไรก็ตามค่าประมาณก็เพียงพอสำหรับการใช้งานส่วนใหญ่

บริเวณที่สามารถมองเห็นด้านล่าง I = ฉัน ผู้บริหารสูงสุด เรียกว่า ภูมิภาคที่ถูกตัดออก . ต้องไม่เข้าถึงภูมิภาคนี้เพื่อให้แน่ใจว่า BJT ทำงานได้โดยปราศจากการบิดเบือน

เอกสารข้อมูลอ้างอิง

คุณจะเห็นเอกสารข้อมูลจำนวนมากที่ระบุเฉพาะ I CBO มูลค่า. ในสถานการณ์เช่นนี้เราสามารถใช้สูตรได้

ผม CEO = βI CBO. สิ่งนี้จะช่วยให้เราเข้าใจโดยประมาณเกี่ยวกับระดับการตัดในกรณีที่ไม่มีเส้นโค้งลักษณะเฉพาะ

ในกรณีที่คุณไม่สามารถเข้าถึงเส้นโค้งลักษณะเฉพาะจากแผ่นข้อมูลที่กำหนดคุณอาจจำเป็นต้องยืนยันว่าค่าของ I ค, V นี้ และผลิตภัณฑ์ของพวกเขา V นี้ x ฉัน ยังคงอยู่ในช่วงตามที่ระบุไว้ต่อไปนี้ สมการ 3.17.

สรุป

ตัวสะสมทั่วไปคือการกำหนดค่าทรานซิสเตอร์ (BJT) ที่รู้จักกันดีในกลุ่มพื้นฐานอีกสามตัวและใช้เมื่อใดก็ตามที่ทรานซิสเตอร์จำเป็นต้องอยู่ในโหมดบัฟเฟอร์หรือเป็นบัฟเฟอร์แรงดันไฟฟ้า

วิธีเชื่อมต่อ Common Collector Amplifier

ในการกำหนดค่านี้ฐานของทรานซิสเตอร์จะต่อสายเพื่อรับแหล่งจ่ายทริกเกอร์อินพุตตะกั่วอีซีแอลจะเชื่อมต่อเป็นเอาต์พุตและตัวสะสมจะเชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายบวกดังนั้นตัวสะสมจะกลายเป็นเทอร์มินัลทั่วไปข้ามแหล่งจ่ายทริกเกอร์พื้นฐาน Vbb และอุปทาน Vdd บวกจริง

การเชื่อมต่อทั่วไปนี้ตั้งชื่อเป็นตัวรวบรวมทั่วไป

คอนฟิกูเรชัน BJT ของตัวรวบรวมทั่วไปเรียกอีกอย่างว่าวงจรผู้ติดตามตัวปล่อยเนื่องจากเหตุผลง่ายๆที่แรงดันไฟฟ้าของอีซีแอลเป็นไปตามแรงดันฐานโดยอ้างอิงกับพื้นหมายความว่าตะกั่วตัวปล่อยจะเริ่มต้นแรงดันไฟฟ้าก็ต่อเมื่อแรงดันฐานสามารถข้าม 0.6V เครื่องหมาย.

ดังนั้นหากตัวอย่างเช่นแรงดันไฟฟ้าฐานคือ 6V แรงดันไฟฟ้าของอีซีแอลจะเป็น 5.4V เนื่องจากตัวปล่อยต้องให้แรงดันตก 0.6V หรือยกระดับแรงดันไฟฟ้าฐานเพื่อให้ทรานซิสเตอร์สามารถดำเนินการได้และด้วยเหตุนี้จึงมีผู้ติดตามตัวปล่อยชื่อ

กล่าวง่ายๆคือแรงดันไฟฟ้าของอีซีแอลจะน้อยกว่าเสมอโดยมีค่าประมาณ 0.6V กว่าแรงดันไฟฟ้าพื้นฐานเพราะหากไม่มีการลดน้ำหนักนี้ไว้ทรานซิสเตอร์จะไม่ทำงาน ซึ่งในทางกลับกันหมายความว่าไม่มีแรงดันไฟฟ้าปรากฏที่ขั้วของตัวปล่อยดังนั้นแรงดันไฟฟ้าของอีซีแอลจะเป็นไปตามแรงดันไฟฟ้าฐานที่ปรับตัวเองอย่างต่อเนื่องโดยความแตกต่างประมาณ -0.6V

Emitter Follower ทำงานอย่างไร

สมมติว่าเราใช้ 0.6V ที่ฐานของ BJT ในวงจรสะสมทั่วไป สิ่งนี้จะทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าเป็นศูนย์ที่ตัวปล่อยเนื่องจากทรานซิสเตอร์ไม่อยู่ในสถานะนำไฟฟ้าอย่างสมบูรณ์

ตอนนี้สมมติว่าแรงดันไฟฟ้านี้ค่อยๆเพิ่มขึ้นเป็น 1V ซึ่งอาจทำให้ตัวปล่อยนำไปสู่การสร้างแรงดันไฟฟ้าที่อาจอยู่ที่ประมาณ 0.4V ในทำนองเดียวกันเมื่อแรงดันไฟฟ้าฐานนี้เพิ่มขึ้นเป็น 1.6V จะทำให้ตัวปล่อยติดตามได้ถึงประมาณ 1V ... นี่แสดงให้เห็นว่าตัวปล่อยยังคงติดตามฐานด้วยความแตกต่างประมาณ 0.6V ซึ่งเป็นระดับการให้น้ำหนักทั่วไปหรือระดับที่เหมาะสมที่สุดของ BJT ใด ๆ

วงจรทรานซิสเตอร์ตัวสะสมทั่วไปจะแสดงแรงดันไฟฟ้าที่เป็นเอกภาพซึ่งหมายความว่าแรงดันไฟฟ้าที่ได้รับสำหรับการกำหนดค่านี้ไม่น่าประทับใจมากนัก แต่พอ ๆ กับอินพุต

ในทางคณิตศาสตร์ข้างต้นอาจแสดงเป็น:

{A_mathrm {v}} = {v_mathrm {out} ส่วน v_mathrm {in}} ประมาณ 1

รุ่น PNP ของวงจรผู้ติดตามตัวปล่อยขั้วทั้งหมดจะกลับด้าน

แม้แต่การเบี่ยงเบนแรงดันไฟฟ้าที่เล็กที่สุดที่ฐานของทรานซิสเตอร์ตัวสะสมทั่วไปก็ยังซ้ำกันบนตะกั่วตัวปล่อยซึ่งในระดับหนึ่งจะขึ้นอยู่กับอัตราขยาย (Hfe) ของทรานซิสเตอร์และความต้านทานของโหลดที่ติดอยู่)

ประโยชน์หลักของวงจรนี้คือคุณสมบัติอิมพีแดนซ์อินพุตสูงซึ่งช่วยให้วงจรทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยไม่คำนึงถึงกระแสอินพุตหรือความต้านทานโหลดหมายความว่าแม้แต่โหลดขนาดใหญ่ก็สามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยอินพุตที่มีกระแสไฟฟ้าน้อยที่สุด

นั่นเป็นเหตุผลที่ตัวสะสมทั่วไปถูกใช้เป็นบัฟเฟอร์ซึ่งหมายถึงขั้นตอนที่รวมการดำเนินการโหลดสูงอย่างมีประสิทธิภาพจากแหล่งกระแสที่ค่อนข้างอ่อน (เช่นแหล่ง TTL หรือ Arduino)

ความต้านทานอินพุตสูงแสดงด้วยสูตร:

r_mathrm {ใน} beta_0 R_mathrm โดยประมาณ {E}

และอิมพีแดนซ์เอาท์พุตขนาดเล็กจึงสามารถขับเคลื่อนโหลดที่มีความต้านทานต่ำได้:

r_mathrm {out} ประมาณ {R_mathrm {E}} | {R_mathrm {source} มากกว่า beta_0}

ในทางปฏิบัติตัวต้านทานตัวปล่อยอาจมีขนาดใหญ่กว่าอย่างมีนัยสำคัญดังนั้นจึงสามารถละเว้นได้ในสูตรข้างต้นซึ่งในที่สุดก็ให้ความสัมพันธ์กับเรา:

r_mathrm {out} ประมาณ {R_mathrm {source} มากกว่า beta_0}

กำไรปัจจุบัน

การรับกระแสสำหรับคอนฟิกูเรชันทรานซิสเตอร์ตัวสะสมทั่วไปสูงเนื่องจากตัวเก็บรวบรวมที่เชื่อมต่อโดยตรงกับสายบวกสามารถส่งกระแสไฟฟ้าเต็มจำนวนที่ต้องการไปยังโหลดที่ต่อพ่วงผ่านทางนำของตัวปล่อย

ดังนั้นหากคุณสงสัยว่าผู้ติดตามอีซีแอลจะสามารถจ่ายกระแสไฟฟ้าได้มากเพียงใดโปรดมั่นใจได้ว่าจะไม่มีปัญหาเนื่องจากโหลดจะถูกขับเคลื่อนด้วยกระแสที่เหมาะสมที่สุดจากการกำหนดค่านี้เสมอ

ตัวอย่างวงจรการใช้งานสำหรับตัวสะสมทั่วไปของ BJT

ตัวอย่างคลาสสิกบางส่วนของตัวติดตามอีซีแอลหรือวงจรแอ็พพลิเคชันทรานซิสเตอร์ตัวเก็บรวบรวมทั่วไปสามารถดูได้ในตัวอย่างต่อไปนี้

วงจรจ่ายแรงดันไฟฟ้าตัวแปร 100 แอมป์

วงจรชาร์จโทรศัพท์มือถือ DC โดยใช้ทรานซิสเตอร์ตัวเดียว

วงจรชาร์จแบตเตอรี่กระแสสูงทรานซิสเตอร์เดี่ยว




คู่ของ: Arduino 3 Phase Inverter Circuit พร้อมรหัส ถัดไป: วิธีแก้ปัญหาวงจรทรานซิสเตอร์ (BJT) อย่างถูกต้อง