07. Conexiunea colector-comun

Faţa de conexiunea emitor comun, amplificatorul colector comun produce la ieşire o cădere de tensiune de aceeaşi polaritate cu tensiunea de intrare. Pe măsură ce tensiunea de intrare creşte, creşte şi cea de ieşire. Mai mult, tensiunea de ieşire, este aproape identică cu tensiunea de intrare, minus căderea de 0,7 V a joncţiunii P-N. Indiferent de factorul beta al tranzistorului, sau de valoarea sarcinii, amplificatorul colector comun are un factor de amplificare în tensiune (A_V) extrem de apropiat de valoarea 1. Din această cauză, conexiunea colector comun mai este denumită şi repetor pe emitor.

Explicaţie

Este relativ uşor de înţeles motivul pentru care căderea de tensiune pe sarcina amplificatorului în colector comun este aproximativ egală cu tensiunea de intrare.

Dacă ne referim la modelul diodă-sursă-de-curent al tranzistorului, putem vedea că, curentul bazei trebuie să treacă prin joncţiunea P-N bază-emitor, joncţiune echivalentă unei diode redresoare. Dacă această joncţiune este polarizată direct, va exista o cădere de tensiune de aproximativ 0,7 V (siliciu) între terminalele acesteia. Această cădere de tensiune de 0,7 V nu depinde de amplitudinea curentului de bază, astfel că putem considera această cădere de tensiune ca fiind constantă.

Cunoscând polarităţile tensiunilor joncţiunii P-N bază-emitor şi a rezistorului de sarcină, putem vedea că tensiunea de intrare trebuie să fie egală cu suma celor două, în conformitatea cu legea lui Kirchhoff pentru tensiune. Cu alte cuvinte, tensiunea sarcinii va fi tot timpul cu aproximativ 0,7 V mai mică decât tensiunea de intrare, atunci când tranzistorul se află în stare de conducţie.

Tensiunea de polarizare în curent continuu

Pentru amplificarea semnalelor de curent alternativ cu ajutorul configuraţiei colector comun, este nevoie de utilizarea unei surse de tensiune în curent continuu (tensiune de polarizare), la fel cum a fost cazul configuraţiei emitor comun. Rezultatul este însă de această dată un amplificator ne-inversor.

Tensiunea de intrare şi de ieşire

Formele de undă ale tensiunii de ieşire (albastru) şi de intrare (roşu) sunt prezentate în graficul alăturat.

Formele de undă în întreg circuitul

Dacă ar fi să conectăm mai multe osciloscoape în circuit, vom vedea că formele de undă ale tensiunilor arată astfel.

Factorul de amplificare în curent

Din moment ce această configuraţie nu oferă nicio amplificare în tensiune, singura amplificare realizată este în curent. Configuraţia anterioară, emitor comun, oferea un factorul de amplificare în curent egal cu factorul β al tranzistorului, datorită faptului că, curentul de intrare trecea prin bază, iar curentul de ieşire (sarcină) trecea prin colector, iar β este prin definiţie raportul dintre curentul de colector şi curentul de bază. În configuraţia colector comun însă, sarcina este conectată în serie cu emitorul, prin urmare, curentul de ieşire este egal cu acest curent al emitorului. Dar curentul prin emitor este curentul colectorului plus curentul bazei. Acest lucru înseamnă o amplificare în curent (A_I) egală cu β plus 1.

Amplificator colector comun cu tranzistor PNP

Şi în acest caz, se pot utiliza tranzistori de tip PNP pentru realizarea amplificatorului colector comun. Toate calculele sunt identice. Singura diferenţă este inversarea polarităţii tensiunilor şi a direcţiei curenţilor.

Aplicaţie - stabilizarea tensiunii

Diode Zener

O aplicaţie populară a tranzistorului colector comun constă în stabilizarea surselor de putere în curent continuu. Una dintre soluţii utilizează diode Zener pentru tăierea tensiunilor mai mari decât tensiunea Zener.

Totuşi, curentul ce poate fi transmis sursei este destul de limitat în această situaţie. În principiu, acest circuit regulează tensiunea la bornele sarcinii prin menţinerea curentului prin rezistorul serie la valori suficient de mari pentru ca întreaga putere în exces a sursei de tensiune să cadă pe rezistor; dioda Zener va utiliza un curent necesar menţinerii unei căderi de tensiune constante la bornele sale. Pentru sarcini mari, ce necesită un curent mare pentru acţionarea lor, un stabilizator de tensiune cu diodă Zener ar trebui să şunteze un curent mare prin diodă pentru a putea stabiliza tensiunea pe sarcină.

Tranzistor în conexiune colector comun

O metodă de rezolvare a acestei probleme constă în utilizarea unui tranzistor în conexiune colector comun pentru amplificarea curentului prin sarcină, astfel ca dioda Zener să nu fie nevoită să conducă decât curentul necesar bazei tranzistorului.

Singura problemă este că tensiunea pe sarcină va fi cu aproximativ 0,7 V mai mică decât căderea de tensiune pe dioda Zener. Acest lucru poate fi însă corectat prin utilizarea unei diode Zener cu o tensiune Zener mai mare cu 0,7 V decât tensiunea necesară pentru aplicaţia în cauză.

Tranzistori în configuraţie Darlington

Modul de conectare

În unele aplicaţii, factorul de amplificare în curent al unui singur tranzistor în configuraţie colector comun nu este suficient. În acest caz, se pot conecta (etaja) mai mulţi tranzistori într-o configuraţie Darlington.

Factorul de amplificare în curent

Configuraţia Darlington constă în conectarea pe sarcina unui tranzistor colector comun a unui alt tranzistor, multiplicând astfel factorii de amplificare în curent al celor doi:

unde,
β₁ - factorul beta al primului tranzistor
β₂ - factorul beta al celui de al doilea tranzistor

Factorul de amplificare în tensiune

Amplificarea în tensiune va fi şi de această dată apropiată de 1, cu toate că tensiunea de ieşire va fi mai mică cu 1,4 V decât tensiunea de intrare:

Observaţii

Tranzistorii în configuraţie Darlington pot fi cumpăraţi ca şi dispozitive discrete, sau pot fi construiţi din tranzistori individuali. Desigur, dacă se doreşte obţinerea unor curenţi şi mai mari, se pot conecta chiar şi trei sau patru tranzistori în configuraţie Darlington.