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.