Felles samler - Common collector

Figur 1: Grunnleggende NPN felles kollektorkrets (forsømmelse av forspenningsdetaljer ).

I elektronikk , en felles kollektor forsterker (også kjent som en emitterfølger ) er ett av tre grunnleggende enkelt-trinns bipolar junction transistor (BJT) forsterke topologier , som vanligvis brukes som en spennings buffer .

I denne kretsen fungerer transistorens baseterminal som inngang, emitteren er utgangen, og samleren er vanlig for begge (for eksempel kan den være bundet til jordreferanse eller en strømforsyningsskinne ), derav navnet. Den analoge felteffekttransistor krets er det felles avløp forsterker og analog røret kretsen er katoden tilhenger .

Grunnleggende krets

Kretsen kan forklares ved å se på transistoren som å være under kontroll av negativ tilbakemelding. Fra dette synspunktet er et fellessamlerstadium (fig. 1) en forsterker med full seriens negativ tilbakemelding . I denne konfigurasjonen (fig. 2 med β = 1) er hele utgangsspenningen V ut plassert motsatt og i serie med inngangsspenningen V inn . Dermed blir de to spenningene trukket i henhold til Kirchhoffs spenningslov (KVL) (subtraktoren fra funksjonsblokkdiagrammet er implementert bare av inngangssløyfen), og deres ekstraordinære forskjell V diff = V in - V out blir brukt på basesenderen kryss. Transistoren overvåker kontinuerlig V diff og justerer sin emitter spenning nesten lik (mindre V beo ) med inngangsspenningen ved å føre den i henhold kollektorstrømmen gjennom emittermotstand R E . Som et resultat følger utgangsspenningen inngangsspenningsvariasjonene fra V BEO opp til V + ; derav navnet "emitter follower".

Intuitivt kan denne oppførselen også forstås ved å innse at base-emitter-spenningen i den bipolare transistoren er veldig ufølsom for forspenningsendringer, så enhver endring i basespenningen overføres (til god tilnærming) direkte til emitteren. Det avhenger litt av forskjellige forstyrrelser (transistortoleranser, temperaturvariasjoner, lastmotstand, en kollektormotstand hvis den tilsettes osv.), Siden transistoren reagerer på disse forstyrrelsene og gjenoppretter likevekten. Den mettes aldri selv om inngangsspenningen når den positive skinnen.

Felles kollektorkretsen kan vises matematisk for å ha en spenningsforsterkning på nesten enhet:

Figur 3: PNP-versjon av emitter-follower-kretsen, alle polaritetene er omvendt.

En liten spenningsendring på inngangsterminalen vil replikeres ved utgangen (avhengig litt av transistorens forsterkning og verdien av lastmotstanden ; se forsterkningsformel nedenfor). Denne kretsen er nyttig fordi den har stor inngangsimpedans

slik at den ikke vil laste ned forrige krets, og en liten utgangsimpedans

slik at den kan kjøre belastninger med lav motstand.

Emittermotstanden er vanligvis betydelig større og kan fjernes fra ligningen:

applikasjoner

Figur 4: NPN-spenningsfølger med strømkilde forspenning egnet for integrerte kretser

Den lave utgangsimpedansen gjør det mulig for en kilde med stor utgangsimpedans å drive en liten belastningsimpedans ; den fungerer som en spennings buffer . Med andre ord, har kretsen strømforsterkning (som i stor grad avhenger av h FE i transistoren) i stedet for spenningsforsterkning, på grunn av sine egenskaper er det foretrukket i mange elektroniske enheter. En liten endring av inngangsstrømmen resulterer i mye større endring i utgangsstrømmen som leveres til utgangsbelastningen.

Et aspekt av bufferhandling er transformasjon av impedanser. For eksempel er Thévenin-motstanden til en kombinasjon av en spenningsfølger drevet av en spenningskilde med høy Thévenin-motstand redusert til bare utgangsmotstanden til spenningsfølgeren (en liten motstand). Den motstandsreduksjonen gjør kombinasjonen til en mer ideell spenningskilde. Omvendt presenterer en spenningsfølger som er satt inn mellom en liten lastmotstand og et drivtrinn, en stor belastning på drivtrinnet - en fordel ved å koble et spenningssignal til en liten belastning.

Denne konfigurasjonen brukes ofte i utgangstrinnene til klasse B- og klasse AB- forsterkere. Basekretsen er modifisert for å drive transistoren i klasse B- eller AB-modus. I klasse-A -modus, og til en aktiv strømkilde brukes i stedet for R E (fig. 4) for å bedre linearitet og / eller effektivitet.

Kjennetegn

Ved lave frekvenser og ved bruk av en forenklet hybrid-pi-modell , kan følgende små-signalegenskaper utledes. (Parameter og parallelle linjer angir komponenter parallelt .)

Definisjon Uttrykk Omtrentlig uttrykk Forhold
Nåværende gevinst
Spenningsforsterkning
Inngangsmotstand
Utgangsbestandighet

Hvor er Thévenins ekvivalente kildemotstand.

Avledninger

Figur 5: Liten signalkrets som tilsvarer figur 3 ved bruk av hybrid-pi-modellen for den bipolare transistoren ved frekvenser som er lave nok til å ignorere bipolare enhetens kapasitanser
Figur 6: Lavfrekvent småsignalkrets for bipolar spenningsfølger med teststrøm ved utgang for å finne utgangsmotstand. Motstand .

Figur 5 viser en lavfrekvent hybrid-pi-modell for kretsen i figur 3. Ved bruk av Ohms lov er forskjellige strømmer bestemt, og disse resultatene er vist på diagrammet. Ved å anvende Kirchhoffs gjeldende lov på emitteren finner man:

Definer følgende motstandsverdier:

Deretter samles vilkår spenningsforsterkningen er funnet:

Fra dette resultatet nærmer forsterkningen seg enhet (som forventet for en bufferforsterker ) hvis motstandsforholdet i nevneren er lite. Dette forholdet avtar med større verdier av strømforsterkning β og med større verdier av . Inngangsmotstanden er funnet som

Transistorutgangsmotstanden er vanligvis stor sammenlignet med belastningen , og dominerer derfor . Fra dette resultatet er inngangsmotstanden til forsterkeren mye større enn utgangsbelastningsmotstanden for stor strømforsterkning . Det vil si at plassering av forsterkeren mellom belastningen og kilden presenterer en større (høyresistiv) belastning til kilden enn direkte kobling til , noe som resulterer i mindre signaldempning i kildeimpedansen som en konsekvens av spenningsdelingen .

Figur 6 viser småsignalkretsen på figur 5 med inngangen kortsluttet og en teststrøm plassert ved utgangen. Utgangsmotstanden er funnet ved hjelp av denne kretsen

Ved bruk av Ohms lov er det funnet forskjellige strømmer, som vist på diagrammet. Når du samler inn vilkårene for grunnstrømmen, blir grunnstrømmen funnet som

hvor er definert ovenfor. Å bruke denne verdien for grunnstrøm, gir Ohms lov

Bytte for grunnstrømmen og samle vilkår,

hvor || betegner en parallell forbindelse, og er definert ovenfor. Fordi generelt er en liten motstand når strømforsterkningen er stor, dominerer utgangsimpedansen, som derfor også er liten. En liten utgangsimpedans betyr at seriekombinasjonen av den opprinnelige spenningskilden og spenningsfølgeren presenterer en Thévenin-spenningskilde med en lavere Thévenin-motstand ved utgangsnoden; det vil si at kombinasjonen av spenningskilde med spenningsfølger gjør en mer ideell spenningskilde enn den opprinnelige.

Se også

Referanser

Eksterne linker