Eletrônica Básica - Configurações de Transistor
Um transistor tem 3 terminais, o emissor, a base e o coletor. Usando esses 3 terminais, o transistor pode ser conectado em um circuito com um terminal comum para entrada e saída em 3 configurações diferentes 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 terminal de base 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, pois é polarizada diretamente, 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 coletorVCB é mantido 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.
Current Amplification Factor (α)
A proporção da mudança na corrente do coletor ($ \ Delta I_ {C} $) para a mudança na corrente do emissor ($ \ Delta I_ {E} $) quando a tensão do coletor VCB é mantido constante, é chamado de Current amplification factor. É denotado por α.
$$ \ alpha \: = \: \ frac {\ Delta I_ {C}} {\ Delta I_ {E}} \: \: at \: constante \: V_ {CB} $$
Expressão para corrente de coletor
Com a ideia acima, vamos tentar desenhar alguma expressão para a corrente de coletor. Junto com o fluxo de corrente do emissor, há alguma quantidade de corrente de base IB que 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
$$ \ mathbf {\ mathit {\ alpha I_ {E}}} $$
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
$$ I_ {C} \: = \: \ alpha I_ {E} \: + \: I_ {CBO} $$
$$ I_ {E} \: = \: I_ {C} \: + \: I_ {B} $$
$$ I_ {C} \: = \: \ alpha (I_ {C} \: + \: I_ {B}) \: + \: I_ {CBO} $$
$$ I_ {C} (1 \: - \: \ alpha) \: = \: \ alpha I_ {B} \: + \: I_ {CBO} $$
$$ I_ {C} \: = \: (\ frac {\ alpha} {1 \: - \: \ alpha}) \: I_ {B} \: + \: (\ frac {I_ {CBO}} { 1 \: - \: \ alpha}) $$
$$ I_ {C} \: = \: (\ frac {\ alpha} {1 \: - \: \ alpha}) \: I_ {B} \: + \: (\ frac {1} {1 \: - \: \ alpha}) I_ {CBO} $$
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.
Ser VCBconstante, com um pequeno aumento na voltagem base do emissor V EB , corrente do emissorIE fica aumentado.
Corrente de Emissor IE é independente da tensão do coletor VCB.
Tensão do coletor VCB pode afetar a corrente do coletor ICapenas em baixas tensões, quando V EB é mantido constante.
A resistência de entrada ri é a razão da mudança na tensão base do emissor ($ \ Delta {V_ {EB}} $) para a mudança na corrente do emissor ($ \ Delta {I_ {E}} $) na tensão base do coletor constante VCB.
$$ \ eta \: = \: \ frac {\ Delta {V_ {EB}}} {\ Delta {I_ {E}}} \: \: at \: constante \: V_ {CB} $$
Como a resistência de entrada é de valor muito baixo, um pequeno valor de V EB é suficiente para produzir um grande fluxo de corrente do emissorIE.
A resistência de saída r o é a razão da mudança na tensão de base do coletor ($ \ Delta {V_ {CB}} $) para a mudança na corrente do coletor ($ \ Delta {I_ {C}} $) na corrente de emissor constanteIE.
$$ r_ {o} \: = \: \ frac {\ Delta {V_ {CB}}} {\ Delta {I_ {C}}} \: at \: constante \: l_ {E} $$
Como a resistência de saída é de um valor muito alto, uma grande mudança no VCB produz uma mudança muito pequena na corrente do coletor IC.
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.
Base Current Amplification factor (β)
A proporção de mudança na corrente do coletor ($ \ Delta {I_ {C}} $) para a mudança na corrente base ($ \ Delta {I_ {B}} $) é conhecida como Base 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 $$
$$ \ beta \: = \: \ frac {\ frac {\ Delta I_ {C}} {\ Delta I_ {E}}} {\ frac {\ Delta I_ {E}} {\ Delta I_ {E}} \: - \: \ frac {\ Delta I_ {C}} {\ Delta I_ {E}}} $$
$$ \ alpha \: = \: \ frac {\ Delta I_ {C}} {\ Delta I_ {E}} $$
Nós temos
$$ \ alpha \: = \: \ frac {\ Delta I_ {C}} {\ Delta I_ {E}} $$
Portanto,
$$ \ beta \: = \: \ frac {\ alpha} {1- \ alpha} $$
A partir da equação acima, é evidente que, conforme α se aproxima de 1, β atinge o infinito.
Conseqüentemente, the current gain in Common Emitter connection is very high. Esta é a razão pela qual esta conexão de circuito é mais usada em todas as aplicações de transistores.
Expressão para corrente de coletor
Na configuração do emissor comum, IB é a corrente de entrada e IC é a corrente de saída.
Nós sabemos
$$ 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 IB = 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 IB constante, se VCE é variado, IC aumenta quase para 1v de VCEe permanece constante depois disso. Este valor deVCE até qual coletor atual IC muda com VCE é chamado de Knee 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.
Guardando VCE constante, com um pequeno aumento em VBE a base atual IB aumenta rapidamente do que nas configurações CB.
Para qualquer valor de VCE tensão acima do joelho, IC é aproximadamente igual a βIB.
A resistência de entrada ri é a razão da mudança na tensão do emissor de base ($ \ Delta {V_ {BE}} $) para a mudança na corrente de base ($ \ Delta {I_ {B}} $) na tensão do coletor coletor constante VCE.
$$ r_ {i} \: = \: \ frac {\ Delta {V_ {BE}}} {\ Delta {I_ {B}}} \: at \: constant \: V_ {CE} $$
Como a resistência de entrada é de valor muito baixo, um pequeno valor de VBE é o suficiente para produzir um grande fluxo de corrente de base IB.
A resistência de saída ro é a razão de mudança na tensão do coletor emissor ($ \ Delta {V_ {CE}} $) para a mudança na corrente do coletor ($ \ Delta {I_ {C}} $) na constante IB.
$$ r_ {o} \: = \: \ frac {\ Delta {V_ {CE}}} {\ Delta {I_ {C}}} \: at \: constante \: I_ {B} $$
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.
Current Amplification Factor (γ)
A razão de mudança na corrente do emissor ($ \ Delta {I_ {E}} $) para a mudança na corrente base ($ \ Delta {I_ {B}} $) é conhecida como Current Amplification factorna configuração do coletor comum (CC). É denotado porγ.
$$ \ gamma \: = \: \ frac {\ Delta {I_ {E}}} {\ Delta {I_ {B}}} $$
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 $ \ Delta I_ {E} $
$$ \ gamma \: = \: \ frac {\ frac {\ Delta I_ {E}} {\ Delta I_ {E}}} {\ frac {\ Delta I_ {E}} {\ Delta I_ {E}} \: - \: \ frac {\ Delta I_ {C}} {\ Delta I_ {E}}} $$
$$ \ frac {1} {1 \: - \: \ alpha} $$
$$ \ gamma \: = \: \ frac {1} {1 \: - \: \ alpha} $$
Expressão para corrente de coletor
Nós sabemos
$$ I_ {C} \: = \: \ alpha I_ {E} \: + \: I_ {CBO} $$
$$ I_ {E} \: = \: I_ {B} \: + \: I_ {C} \: = \: I_ {B} \: + \: (\ alpha I_ {E} \: + \: I_ {CBO}) $$
$$ I_ {E} (1 \: - \: \ alpha) \: = \: I_ {B} \: + \: I_ {CBO} $$
$$ I_ {E} \: = \: \ frac {I_ {B}} {1 \: - \: \ alpha} \: + \: \ frac {I_ {CBO}} {1 \: - \: \ alfa} $$
$$ I_ {C} \: \ cong \: I_ {E} \: = \: (\ beta \: + \: 1) I_ {B} \: + \: (\ beta \: + \: 1) I_ {CBO} $$
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.