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Coletor Comum do Transistor

Um amplificador de coletor comum BJT é um circuito no qual o coletor e a base do BJT compartilham uma fonte de entrada comum, daí o nome de coletor comum.

Em nossos artigos anteriores, aprendemos as outras duas configurações de transistor, ou seja, a base comum e o emissor comum.

Neste artigo discutimos o terceiro e último projeto que é chamado de configuração de coletor comum ou alternativamente também é conhecido seguidor-emissor.

A imagem desta configuração é mostrada abaixo usando as direções de fluxo de corrente padrão e notações de tensão:

CONFIGURAÇÃO DE COLETOR COMUM COM DIREÇÃO DE CORRENTE PADRÃO E NOTAÇÕES DE TENSÃO

Característica principal do amplificador de coletor comum

A principal característica e o propósito de usar uma configuração de coletor comum BJT é impedância.

Isso se deve ao fato desta configuração possuir uma alta impedância de entrada e uma baixa impedância de saída.

Esse recurso é, na verdade, o oposto das outras duas configurações de base comum e emissor comum.

Como funciona o amplificador de coletor comum

CONFIGURAÇÃO DE COLETOR COMUM

A partir da figura acima podemos ver que a carga aqui está conectada com o pino emissor do transistor e o coletor está conectado a uma referência comum em relação à base (entrada).

Ou seja, o coletor é comum tanto à carga de entrada quanto à de saída. Em outras palavras, a fonte que chega à base e o coletor compartilham a polaridade comum. Aqui, a base torna-se a entrada e o emissor torna-se a saída.

Seria interessante notar que, embora a configuração se assemelhe à nossa configuração anterior de emissor comum, o coletor pode ser visto anexado com a “Fonte Comum”.

Com relação aos recursos de design, não precisamos incorporar o conjunto de características comuns do coletor para estabelecer os parâmetros do circuito.

Para todas as implementações práticas, as características de saída de uma configuração de coletor comum serão exatas conforme atribuídas ao emissor comum

Portanto, podemos simplesmente projetá-lo usando as características empregadas para a rede de emissor comum.

Para cada configuração de coletor comum, as características de saída são plotadas aplicando IE vs VCE para o disponível euB faixa de valores.

Isso implica que tanto o emissor comum quanto o coletor comum têm valores de corrente de entrada idênticos.

Para obter o eixo horizontal para um coletor comum, basta alterar a polaridade da tensão coletor-emissor nas características de emissor comum.

Finalmente, você verá que quase não há diferença na escala vertical de um emissor comum ICse isso for trocado por IE em características de um coletor comum, (desde ∝ ≅ 1 ).

Ao projetar o lado de entrada, podemos aplicar as características da base do emissor comum para obter os dados essenciais.

Limites de operação

Para qualquer BJT os limites de operação referem-se à região operacional sobre suas características que indicam sua faixa máxima tolerável e o ponto onde o transistor pode trabalhar com o mínimo de distorções.

A imagem a seguir mostra como isso é definido para as características do BJT.

IMG 6245AA8D83017
COLETOR COMUM DO TRANSISTOR 31
CURVA MOSTRANDO LIMITES DE OPERAÇÃO NO BJT

Você também encontrará esses limites de operação em todas as folhas de dados de transistores.

Alguns desses limites de operação são facilmente compreensíveis, por exemplo, sabemos qual é a corrente máxima do coletor (referida como contínuo corrente do coletor nas folhas de dados) e tensão máxima coletor-emissor (normalmente abreviada como VCEO em fichas técnicas).

Para o exemplo BJT demonstrado no gráfico acima, encontramos IC (máx.) é especificado como 50 mA e VCEO como 20 V.

A linha vertical desenhada indicada como VCE(sáb) na característica , apresenta o mínimo VCE que pode ser implementado sem cruzar a região não linear, indicada com o nome “região de saturação”.

O VCE(sáb) especificado para BJTs é normalmente em torno de 0,3V.

O nível de dissipação mais alto possível é calculado usando a seguinte fórmula:

IMG 6245AA8DE6EFB

Na imagem característica acima, a dissipação de potência do coletor do BJT assumida é mostrada como 300mW.

Agora a questão é, qual é o método pelo qual podemos traçar a curva de dissipação de potência do coletor, definida pelas seguintes especificações:

IMG 6245AA8E1733F
E

Isso implica que o produto de VCE e euC deve ser igual a 300mW, em qualquer ponto das características.

Se suponha que euC tem um valor máximo de 50mA, substituindo isso na equação acima nos dá os seguintes resultados:

IMG 6245AA8E3C26D

Os resultados acima nos dizem que se euC = 50mA, então VCE será de 6V na curva de dissipação de potência, conforme comprovado na Fig 3.22.

Agora, se escolhermos VCE com o valor mais alto de 20V, então o IC nível será como estimado abaixo:

IMG 6245AA8E62A43

Isso estabelece o segundo ponto sobre a curva de potência.

Agora, se selecionarmos um nível de IC no meio do caminho, digamos em 25mA, e aplique-o no nível resultante de VCEentão obtemos a seguinte solução:

IMG 6245AA8E87B4B

O mesmo é provado na Fig. 3.22 também.

Os 3 pontos explicados podem ser efetivamente aplicados para obter um valor aproximado da curva real. Sem dúvida, podemos usar mais pontos para a estimativa e obter uma precisão ainda melhor, no entanto, uma aproximação torna-se suficiente para a maioria das aplicações.

A área que pode ser vista abaixo IC = euCEO é chamado de região de corte. Esta região não deve ser alcançada para garantir um funcionamento livre de distorções do BJT.

Referência da folha de dados

Você verá muitas folhas de dados apenas fornecendo o ICBO valor. Em tais situações podemos aplicar a fórmula

euCEO = βICBO. Isso nos ajudará a obter uma compreensão aproximada do nível de corte na ausência das curvas características.

Nos casos em que você não consegue acessar as curvas características de uma determinada folha de dados, pode ser imperativo que você confirme que os valores de IC, VCEe seu produto VCE XIC permanecer dentro do intervalo especificado no seguinte Eq 3.17.

IMG 6245AA8EABB3C

Resumo

O coletor comum é uma configuração de transistor bem conhecida (BJT) entre as outras três básicas, e é usado sempre que um transistor precisa estar no modo buffer, ou como um buffer de tensão.

Como conectar um amplificador de coletor comum

Nesta configuração, a base do transistor é conectada para receber a alimentação do acionador de entrada, o cabo do emissor é conectado como saída e o coletor é conectado à alimentação positiva, de modo que o coletor se torne um terminal comum através da alimentação do acionador de base. Vbb e a oferta positiva real de Vdd.

Essa conexão comum lhe dá o nome de coletor comum.

A configuração do coletor comum BJT também é chamada de circuito seguidor do emissor devido ao simples motivo de que a tensão do emissor segue a tensão de base com referência ao terra, o que significa que o condutor do emissor inicia uma tensão somente quando a tensão de base é capaz de cruzar os 0,6 V marca.

Portanto, se, por exemplo, a tensão de base for 6V, então a tensão do emissor será de 5,4V, porque o emissor deve fornecer uma queda de 0,6V ou alavancar a tensão de base para permitir que o transistor conduza e, portanto, o nome seguidor do emissor.

Em termos simples, a tensão do emissor será sempre menor por um fator de cerca de 0,6 V do que a tensão de base porque, a menos que essa queda de polarização seja mantida, o transistor nunca conduzirá. O que, por sua vez, significa que nenhuma tensão pode aparecer no terminal do emissor, portanto, a tensão do emissor segue constantemente a tensão de base, ajustando-se por uma diferença de cerca de -0,6V.

Como funciona o seguidor de emissor

Vamos supor que aplicamos 0,6V na base de um BJT em um circuito coletor comum. Isso produzirá tensão zero no emissor, porque o transistor não está totalmente no estado de condução.

Agora suponha que essa tensão seja aumentada lentamente para 1V, isso pode permitir que o terminal do emissor produza uma tensão que pode ser em torno de 0,4V, da mesma forma que essa tensão de base é aumentada para 1,6V fará com que o emissor siga até cerca de 1V … .isso mostra como o emissor continua seguindo a base com uma diferença de cerca de 0,6V, que é o nível de polarização típico ou ótimo de qualquer BJT.

Um circuito de transistor coletor comum exibirá um ganho de tensão unitário, o que significa que o ganho de tensão para esta configuração não é muito impressionante, apenas no mesmo nível da entrada.

Matematicamente, o acima pode ser expresso como:

  {A_MATHRM{V}} = {V_MATHRM{OUT} SOBRE V_MATHRM{IN}} APROXIMADAMENTE 1
IMG 6245AA8F03CAB

Versão PNP do circuito seguidor do emissor, todas as polaridades são invertidas.

Mesmo o menor dos desvios de tensão na base de um transistor de coletor comum é duplicado no condutor do emissor, que até certo ponto depende do ganho (Hfe) do transistor e da resistência da carga conectada).

O principal benefício deste circuito é seu recurso de alta impedância de entrada, que permite que o circuito funcione de forma eficiente, independentemente da corrente de entrada ou da resistência da carga, o que significa que até mesmo grandes cargas podem ser operadas com eficiência com entradas com corrente mínima.

É por isso que um coletor comum é usado como um buffer, ou seja, um estágio que integra eficientemente operações de alta carga de uma fonte de corrente relativamente fraca (por exemplo, uma fonte TTL ou Arduino)

A alta impedância de entrada é expressa com a fórmula:

  R_MATHRM{IN} APROXIMADAMENTE BETA_0 R_MATHRM{E}

e a pequena impedância de saída, para que possa conduzir cargas de baixa resistência:

  R_MATHRM{OUT} APROX {R_MATHRM{E}} |  {R_MATHRM{SOURCE} SOBRE BETA_0}

Na prática, o resistor do emissor pode ser significativamente maior e, portanto, pode ser ignorado na fórmula acima, que finalmente nos dá a relação:

  R_MATHRM{OUT} APROXIMADAMENTE {R_MATHRM{SOURCE} SOBRE BETA_0}

Ganho atual

O ganho de corrente para uma configuração de transistor de coletor comum é alto, porque o coletor sendo conectado diretamente com a linha positiva é capaz de passar a quantidade total de corrente necessária para a carga conectada através do condutor do emissor.

Portanto, se você está se perguntando quanta corrente um seguidor de emissor seria capaz de fornecer à carga, tenha certeza de que não será um problema, pois a carga sempre será acionada com uma corrente ideal dessa configuração.

Circuitos de Aplicação de Exemplo para o Coletor Comum BJT

Alguns dos exemplos clássicos de circuitos de aplicação de transistor seguidor de emissor ou coletor comum podem ser vistos nos exemplos a seguir.

Circuito de fonte de alimentação de tensão variável de 100 amp

Circuito de carregador de celular DC usando um único transistor

Circuito Carregador de Bateria de Alta Corrente com Transistor Único

Hashtags: #Coletor #Comum #Transistor
 

FONTE


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