Configurações de transistores

Qualquer transistor tem três terminais, o emitter, a base, e as collector. Usando esses 3 terminais, o transistor pode ser conectado em um circuito com um terminal comum para entrada e saída em três diferentes configurações possíveis.

Os três tipos de configurações são Common Base, Common Emitter e Common Collectorconfigurações. Em cada configuração, a junção do emissor é polarizada direta e a junção do coletor é polarizada reversa.

Configuração de Base Comum (CB)

O próprio nome implica que o Baseterminal é considerado um terminal comum para entrada e saída do transistor. A conexão de base comum para os transistores NPN e PNP é mostrada na figura a seguir.

Para fins de compreensão, vamos considerar o transistor NPN na configuração CB. Quando a tensão do emissor é aplicada, visto que é polarizada para frente, os elétrons do terminal negativo repelem os elétrons do emissor e a corrente flui através do emissor e da base para o coletor para contribuir com a corrente do coletor. A tensão do coletor V CB é mantida constante durante todo o processo.

Na configuração do CB, a corrente de entrada é a corrente do emissor IE e a corrente de saída é a corrente do coletor IC.

Fator de Amplificação Atual (α)

A razão de mudança na corrente do coletor (ΔI C ) para a mudança na corrente do emissor (ΔI E ) quando a tensão do coletor V CB é mantida constante, é chamada deCurrent amplification factor. É denotado porα.

$ \ alpha = \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_E} $ na constante V CB

Expressão para corrente de coletor

Com a ideia acima, vamos tentar desenhar alguma expressão para a corrente de coletor.

Junto com o fluxo da corrente do emissor, há alguma quantidade de corrente de base IBque flui através do terminal de base devido à recombinação do buraco do elétron. Como a junção da base do coletor é polarizada reversamente, há outra corrente que é enviada devido a portadores de carga minoritários. Esta é a corrente de fuga que pode ser entendida comoIleakage. Isso se deve às operadoras de carga minoritárias e, portanto, muito pequenas.

A corrente do emissor que atinge o terminal coletor é

$$ \ alpha I_E $$

Corrente de coletor total

$$ I_C = \ alpha I_E + I_ {vazamento} $$

Se a tensão base do emissor V EB = 0, ainda assim, flui uma pequena corrente de fuga, que pode ser denominada I CBO (corrente base do coletor com saída aberta).

A corrente do coletor, portanto, pode ser expressa como

$$ I_C = \ alpha I_E + I_ {CBO} $$

$$ I_E = I_C + I_B $$

$$ I_C = \ alpha (I_C + I_B) + I_ {CBO} $$

$$ I_C (1 - \ alpha) = \ alpha I_B + I_ {CBO} $$

$$ I_C = \ frac {\ alpha} {1 - \ alpha} I_B + \ frac {I_ {CBO}} {1 - \ alpha} $$

$$ I_C = \ left (\ frac {\ alpha} {1 - \ alpha} \ right) I_B + \ left (\ frac {1} {1 - \ alpha} \ right) I_ {CBO} $$

Portanto, o derivado acima é a expressão para corrente de coletor. O valor da corrente do coletor depende da corrente de base e da corrente de fuga junto com o fator de amplificação da corrente daquele transistor em uso.

Características da configuração CB

  • Esta configuração fornece ganho de tensão, mas nenhum ganho de corrente.

  • Sendo V CB constante, com um pequeno aumento na tensão base do emissor V EB , a corrente do emissor I E aumenta.

  • A corrente do emissor I E é independente da tensão do coletor V CB .

  • A tensão do coletor V CB pode afetar a corrente do coletor I C apenas em tensões baixas, quando V EB é mantido constante.

  • A resistência de entrada Rié a razão da mudança na tensão base do emissor (ΔV EB ) para a mudança na corrente do emissor (ΔI E ) na tensão base do coletor constante V CB .

$ R_i = \ frac {\ Delta V_ {EB}} {\ Delta I_E} $ em V CB constante

  • À medida que a resistência de entrada é de valor muito baixo, um pequeno valor de V EB é suficiente para produzir um grande fluxo de corrente de emissor de corrente I de E .

  • A resistência de saída Roé a razão da mudança na tensão de base do coletor (ΔV CB ) para a mudança na corrente do coletor (ΔI C ) na corrente de emissor constante IE.

$ R_o = \ frac {\ Delta V_ {CB}} {\ Delta I_C} $ na constante I E

  • Como a resistência à saída é um valor muito elevado, uma grande alteração na V CB produz uma muito pequena mudança na corrente de colector I C .

  • Esta configuração fornece boa estabilidade contra aumento de temperatura.

  • A configuração CB é usada para aplicações de alta frequência.

Configuração do Emissor Comum (CE)

O próprio nome implica que o Emitterterminal é considerado um terminal comum para entrada e saída do transistor. A conexão do emissor comum para os transistores NPN e PNP é mostrada na figura a seguir.

Assim como na configuração do CB, a junção do emissor é polarizada direta e a junção do coletor é polarizada reversa. O fluxo de elétrons é controlado da mesma maneira. A corrente de entrada é a corrente de baseIB e a corrente de saída é a corrente do coletor IC aqui.

Fator de amplificação de corrente de base (β)

A proporção da mudança na corrente do coletor (ΔI C ) para a mudança na corrente de base (ΔI B ) é conhecida comoBase Current Amplification Factor. É denotado por β.

$$ \ beta = \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_B} $$

Relação entre β e α

Vamos tentar derivar a relação entre o fator de amplificação da corrente de base e o fator de amplificação da corrente do emissor.

$$ \ beta = \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_B} $$

$$ \ alpha = \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_E} $$

$$ I_E = I_B + I_C $$

$$ \ Delta I_E = \ Delta I_B + \ Delta I_C $$

$$ \ Delta I_B = \ Delta I_E - \ Delta I_C $$

Nós podemos escrever

$$ \ beta = \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_E - \ Delta I_C} $$

Dividindo por ΔI E

$$ \ beta = \ frac {\ Delta I_C / \ Delta I_E} {\ frac {\ Delta I_E} {\ Delta I_E} - \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_E}} $$

Nós temos

$$ \ alpha = \ Delta I_C / \ Delta I_E $$

Portanto,

$$ \ beta = \ frac {\ alpha} {1 - \ alpha} $$

A partir da equação acima, é evidente que, conforme α se aproxima de 1, β atinge o infinito.

Conseqüentemente, the current gain in Common Emitter connection is very high. Esta é a razão pela qual esta conexão de circuito é mais usada em todas as aplicações de transistores.

Expressão para corrente de coletor

Na configuração do emissor comum, I B é a corrente de entrada e I C é a corrente de saída.

Nós sabemos

$$ I_E = I_B + I_C $$

E

$$ I_C = \ alpha I_E + I_ {CBO} $$

$$ = \ alpha (I_B + I_C) + I_ {CBO} $$

$$ I_C (1 - \ alpha) = \ alpha I_B + I_ {CBO} $$

$$ I_C = \ frac {\ alpha} {1 - \ alpha} I_B + \ frac {1} {1 - \ alpha} I_ {CBO} $$

Se o circuito de base estiver aberto, ou seja, se I B = 0,

O coletor emissor de corrente com base aberta é I CEO

$$ I_ {CEO} = \ frac {1} {1 - \ alpha} I_ {CBO} $$

Substituindo o valor disso na equação anterior, obtemos

$$ I_C = \ frac {\ alpha} {1 - \ alpha} I_B + I_ {CEO} $$

$$ I_C = \ beta I_B + I_ {CEO} $$

Portanto, a equação para a corrente do coletor é obtida.

Joelho Tensão

Na configuração CE, mantendo a corrente de base I B constante, se V CE for variado, I C aumenta quase até 1v de V CE e permanece constante depois disso. Este valor de V CE até o qual a corrente do coletor I C muda com V CE é chamado deKnee Voltage. Os transistores, enquanto operam na configuração CE, são operados acima desta tensão de joelho.

Características da configuração CE

  • Esta configuração fornece bom ganho de corrente e ganho de tensão.

  • Mantendo V CE constante, com um pequeno aumento em V BE a corrente de base I B aumenta rapidamente do que nas configurações de CB.

  • Para qualquer valor de V CE acima tensão joelho, eu C é aproximadamente igual a βI B .

  • A resistência de entrada Rié a razão da mudança na tensão do emissor de base (ΔV BE ) para a mudança na corrente de base (ΔI B ) na tensão do coletor emissor constante V CE .

$ R_i = \ frac {\ Delta V_ {BE}} {\ Delta I_B} $ na constante V CE

  • À medida que a resistência de entrada é de valor muito baixo, um pequeno valor de V BE é suficiente para produzir um grande fluxo de corrente da corrente de base I B .

  • A resistência de saída Roé a relação de alteração da tensão de colector emissor (AV EC ) para a mudança na corrente de colector (ΔI C ) em constante I B .

$ R_o = \ frac {\ Delta V_ {CE}} {\ Delta I_C} $ na constante I B

  • Como a resistência de saída do circuito CE é menor do que a do circuito CB.

  • Esta configuração é geralmente usada para métodos de estabilização de polarização e aplicações de frequência de áudio.

Configuração de coletor comum (CC)

O próprio nome implica que o Collectorterminal é considerado um terminal comum para entrada e saída do transistor. A conexão do coletor comum para os transistores NPN e PNP é mostrada na figura a seguir.

Assim como nas configurações CB e CE, a junção do emissor é polarizada direta e a junção do coletor é polarizada reversa. O fluxo de elétrons é controlado da mesma maneira. A corrente de entrada é a corrente de baseIB e a corrente de saída é a corrente do emissor IE aqui.

Fator de Amplificação Atual (γ)

A proporção da mudança na corrente do emissor (ΔI E ) para a mudança na corrente de base (ΔI B ) é conhecida comoCurrent Amplification factorna configuração do coletor comum (CC). É denotado por γ.

$$ \ gamma = \ frac {\ Delta I_E} {\ Delta I_B} $$

  • O ganho de corrente na configuração CC é o mesmo que na configuração CE.
  • O ganho de tensão na configuração CC é sempre menor que 1.

Relação entre γ e α

Vamos tentar traçar alguma relação entre γ e α

$$ \ gamma = \ frac {\ Delta I_E} {\ Delta I_B} $$

$$ \ alpha = \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_E} $$

$$ I_E = I_B + I_C $$

$$ \ Delta I_E = \ Delta I_B + \ Delta I_C $$

$$ \ Delta I_B = \ Delta I_E - \ Delta I_C $$

Substituindo o valor de I B , obtemos

$$ \ gamma = \ frac {\ Delta I_E} {\ Delta I_E - \ Delta I_C} $$

Dividindo por ΔI E

$$ \ gamma = \ frac {\ Delta I_E / \ Delta I_E} {\ frac {\ Delta I_E} {\ Delta I_E} - \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_E}} $$

$$ = \ frac {1} {1 - \ alpha} $$

$$ \ gamma = \ frac {1} {1 - \ alpha} $$

Expressão para corrente de coletor

Nós sabemos

$$ I_C = \ alpha I_E + I_ {CBO} $$

$$ I_E = I_B + I_C = I_B + (\ alpha I_E + I_ {CBO}) $$

$$ I_E (1 - \ alpha) = I_B + I_ {CBO} $$

$$ I_E = \ frac {I_B} {1 - \ alpha} + \ frac {I_ {CBO}} {1 - \ alpha} $$

$$ I_C \ cong I_E = (\ beta + 1) I_B + (\ beta + 1) I_ {CBO} $$

O acima é a expressão para corrente de coletor.

Características da configuração CC

  • Esta configuração fornece ganho de corrente, mas nenhum ganho de tensão.

  • Na configuração CC, a resistência de entrada é alta e a resistência de saída é baixa.

  • O ganho de tensão fornecido por este circuito é menor que 1.

  • A soma da corrente do coletor e da corrente de base é igual à corrente do emissor.

  • Os sinais de entrada e saída estão em fase.

  • Esta configuração funciona como saída do amplificador não inversor.

  • Este circuito é usado principalmente para casamento de impedância. Isso significa acionar uma carga de baixa impedância de uma fonte de alta impedância.