O amplificador de coletor comum

Nossa próxima configuração de transistor para estudar é um pouco mais simples para cálculos de ganho. Chamada de configuração de coletor comum, seu diagrama esquemático é mostrado na figura abaixo.



O amplificador de coletor comum possui um coletor comum tanto para a entrada quanto para a saída.

É chamada de configuração de coletor comum porque (ignorando a bateria da fonte de alimentação) tanto a fonte do sinal quanto a carga compartilham o cabo do coletor como um ponto de conexão comum, como na figura abaixo.



Coletor comum:a entrada é aplicada à base e ao coletor. A saída é do circuito emissor-coletor.

Deve ficar claro que o resistor de carga no circuito amplificador de coletor comum recebe as correntes de base e de coletor, sendo colocado em série com o emissor. Uma vez que o condutor emissor de um transistor é aquele que lida com mais corrente (a soma das correntes de base e coletor, uma vez que as correntes de base e coletor sempre se combinam para formar a corrente de emissor), seria razoável presumir que este amplificador terá um ganho de corrente muito grande. Esta suposição é de fato correta: o ganho de corrente para um amplificador de coletor comum é bastante grande, maior do que qualquer outra configuração de amplificador de transistor . No entanto, isso não é necessariamente o que o diferencia de outros designs de amplificador.

Exemplo de modelo SPICE

Vamos prosseguir imediatamente para uma análise SPICE deste circuito de amplificador, e você será capaz de ver imediatamente o que é único neste amplificador. A netlist está na figura abaixo.



Amplificador de coletor comum para SPICE.

 amplificador de coletor comum vin 1 0 q1 2 1 3 mod1 v1 2 0 dc 15 rload 3 0 5k .model mod1 npn .dc vin 0 5 0,2 .plot dc v (3,0) .fim 

Coletor comum:saída é igual a entrada menos 0,7 V V BE cair.

Ao contrário do amplificador emissor comum da seção anterior, o coletor comum produz uma tensão de saída direta em vez de inverso proporção da tensão de entrada crescente.

Conforme a tensão de entrada aumenta, também aumenta a tensão de saída. Além disso, um exame atento revela que a tensão de saída é quase idêntica à tensão de entrada, ficando para trás em cerca de 0,7 volts.

Esta é a qualidade única do amplificador de coletor comum:uma tensão de saída que é quase igual à tensão de entrada . Examinado da perspectiva da tensão de saída mudança para uma dada quantidade de tensão de entrada mudança , este amplificador tem um ganho de voltagem de quase a unidade (1), ou 0 dB. Isso é verdadeiro para transistores de qualquer valor β e para resistores de carga de qualquer valor de resistência.

Modelo de transistor de fonte de corrente de diodo

É simples entender por que a tensão de saída de um amplificador de coletor comum é sempre quase igual à tensão de entrada. Referindo-se ao modelo do transistor da fonte de corrente do diodo na figura abaixo, vemos que a corrente de base deve passar pela junção PN base-emissor, que é equivalente a um diodo de retificação normal.

Se esta junção for polarizada para frente (o transistor conduzindo a corrente em seus modos ativo ou saturado), ela terá uma queda de tensão de aproximadamente 0,7 volts, assumindo uma construção de silício. Esta queda de 0,7 volt é amplamente independente da magnitude real da corrente de base; assim, podemos considerá-lo constante:



Seguidor de emissor:a tensão do emissor segue a tensão de base (menos uma queda de 0,7 V VBE).

Dadas as polaridades de tensão através da junção PN do emissor base e do resistor de carga, vemos que estes devem somados para igualar a tensão de entrada, seguindo a Lei de Tensão de Kirchhoff.

Em outras palavras, a tensão de carga será sempre cerca de 0,7 volts menor do que a tensão de entrada para todas as condições em que o transistor está conduzindo. O corte ocorre nas tensões de entrada abaixo de 0,7 volts e a saturação nas tensões de entrada sobre a tensão da bateria (alimentação) mais 0,7 volts.

Por causa desse comportamento, o circuito amplificador de coletor comum também é conhecido como seguidor de tensão ou emissor-seguidor amplificador, porque a tensão de carga do emissor segue a entrada tão de perto.

Aplicar o circuito coletor comum à amplificação de sinais CA requer a mesma "polarização" de entrada usada no circuito emissor comum:uma tensão CC deve ser adicionada ao sinal de entrada CA para manter o transistor em seu modo ativo durante todo o ciclo . Quando isso é feito, o resultado é o amplificador não inversor na figura abaixo.

 amplificador de coletor comum vin 1 4 sin (0 1,5 2000 0 0) vbias 4 0 dc 2.3 q1 2 1 3 mod1 v1 2 0 dc 15 rload 3 0 5k .model mod1 npn .tran .02m .78m . traçar tran v (1,0) v (3,0) .fim 

Amplificador coletor comum (seguidor de emissor).

Os resultados da simulação SPICE na Figura abaixo mostram que a saída segue a entrada. A saída é a mesma amplitude pico a pico da entrada. Porém, o nível DC é desviado para baixo por uma queda do diodo VBE.



Coletor comum (emissor-seguidor):Saída V (3) segue a entrada V (1) menos uma queda de 0,7 V VBE.

Aqui está outra vista do circuito (Figura abaixo) com osciloscópios conectados a vários pontos de interesse.



O ganho de tensão não inversora do coletor comum é muito próximo de 1.

Uma vez que esta configuração de amplificador não fornece nenhum ganho de voltagem (na verdade, na prática, tem um ganho de voltagem ligeiramente menor do que 1), é apenas o fator de amplificação é atual. A configuração do amplificador emissor comum examinada na seção anterior teve um ganho de corrente igual ao β do transistor, é que a corrente de entrada passou pela base e a corrente de saída (carga) passou pelo coletor, e β por definição é o relação entre o coletor e as correntes de base. Na configuração de coletor comum, porém, a carga está situada em série com o emissor e, portanto, sua corrente é igual à corrente do emissor. Com o emissor carregando corrente de coletor e corrente de base, a carga neste tipo de amplificador tem toda a corrente do coletor passando por ele mais a corrente de entrada da base. Isso produz um ganho de corrente de β mais 1:



Mais uma vez, os transistores PNP são tão válidos para uso na configuração de coletor comum quanto os transistores NPN. Os cálculos de ganho são todos iguais, assim como a não inversão do sinal amplificado. A única diferença está nas polaridades de tensão e direções de corrente mostradas na figura abaixo.



Versão PNP do amplificador de coletor comum.

Uma aplicação popular do amplificador de coletor comum é para fontes de alimentação CC reguladas, onde uma fonte não regulada (variável) de tensão CC é cortada em um nível especificado para fornecer tensão regulada (constante) a uma carga. Obviamente, os diodos Zener já fornecem esta função de regulação de tensão mostrada na figura abaixo.



Regulador de tensão do diodo Zener.

No entanto, quando usado dessa maneira direta, a quantidade de corrente que pode ser fornecida à carga geralmente é bastante limitada. Em essência, este circuito regula a tensão através da carga, mantendo a corrente através do resistor em série em um nível alto o suficiente para reduzir toda a tensão da fonte de alimentação em excesso, o diodo Zener puxando mais ou menos corrente conforme necessário para manter a tensão em si mesmo estável.

Uma maneira popular de aumentar a capacidade de manipulação de corrente de um circuito regulador como este é usar um transistor de coletor comum para amplificar a corrente para a carga, de modo que o circuito de diodo Zener só tenha que lidar com a quantidade de corrente necessária para conduzir a base de o transistor.



Aplicação de coletor comum:regulador de tensão.

Há apenas uma advertência para esta abordagem:a tensão de carga será de aproximadamente 0,7 volts menor do que a tensão do diodo Zener, devido à queda de base-emissor de 0,7 volts do transistor. Uma vez que essa diferença de 0,7 volt é razoavelmente constante em uma ampla faixa de correntes de carga, um diodo Zener com uma classificação 0,7 volt mais alta pode ser escolhido para a aplicação.

Às vezes, o ganho de alta corrente de um transistor único, configuração de coletor comum não é suficiente para uma aplicação particular. Se for esse o caso, vários transistores podem ser colocados juntos em uma configuração popular conhecida como par Darlington , apenas uma extensão do conceito de coletor comum mostrado na figura abaixo.



Um par NPN Darlington.

Os pares Darlington essencialmente colocam um transistor como a carga de coletor comum para outro transistor, multiplicando assim seus ganhos de corrente. A corrente de base através do transistor superior esquerdo é amplificada por meio do emissor desse transistor, que é conectado diretamente à base do transistor inferior direito, onde a corrente é novamente amplificada. O ganho geral de corrente é o seguinte:



O ganho de tensão ainda é quase igual a 1 se todo o conjunto estiver conectado a uma carga no modo de coletor comum, embora a tensão da carga seja 1,4 volts total menos do que a tensão de entrada mostrada na figura abaixo.



O amplificador de coletor comum baseado em par de Darlington perde duas quedas de diodo VBE.

Os pares Darlington podem ser adquiridos como unidades discretas (dois transistores no mesmo pacote) ou podem ser construídos a partir de um par de transistores individuais. Obviamente, se um ganho de corrente ainda maior for desejado do que o que pode ser obtido com um par, conjuntos de tripleto ou quádruplo Darlington podem ser construídos.

REVER:

• Coletor comum os amplificadores de transistor são assim chamados porque os pontos de tensão de entrada e saída compartilham o cabo do coletor do transistor em comum, sem considerar as fontes de alimentação.
• O amplificador de coletor comum também é conhecido como seguidor de emissor.
• A tensão de saída em um amplificador de coletor comum estará em fase com a tensão de entrada, tornando o coletor comum um não inversor circuito amplificador.
• O ganho de corrente de um amplificador de coletor comum é igual a β mais 1. O ganho de tensão é aproximadamente igual a 1 (na prática, apenas um pouco menos).
• Um par Darlington é um par de transistores “ligados” um ao outro de forma que o emissor de um alimenta corrente para a base do outro na forma de coletor comum. O resultado é um ganho de corrente geral igual ao produto (multiplicação) de seus ganhos de corrente de coletor comum (β mais 1).

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