Configuraciones de transistores
Cualquier transistor tiene tres terminales, el emitter, la base, y el collector. Usando estos 3 terminales, el transistor se puede conectar en un circuito con un terminal común a la entrada y salida en tres configuraciones posibles diferentes.
Los tres tipos de configuraciones son Common Base, Common Emitter y Common Collectorconfiguraciones. En cada configuración, la unión del emisor está polarizada hacia adelante y la unión del colector está polarizada hacia atrás.
Configuración de base común (CB)
El nombre en sí implica que el BaseEl terminal se toma como terminal común tanto para la entrada como para la salida del transistor. La conexión de base común para los transistores NPN y PNP se muestra en la siguiente figura.
En aras de la comprensión, consideremos el transistor NPN en configuración CB. Cuando se aplica el voltaje del emisor, ya que está polarizado hacia adelante, los electrones del terminal negativo repelen los electrones del emisor y la corriente fluye a través del emisor y la base hacia el colector para contribuir con la corriente del colector. La tensión del colector V CB se mantiene constante durante todo este proceso.
En la configuración CB, la corriente de entrada es la corriente del emisor IE y la corriente de salida es la corriente del colector IC.
Factor de amplificación actual (α)
La relación entre el cambio en la corriente del colector (ΔI C ) y el cambio en la corriente del emisor (ΔI E ) cuando la tensión del colector V CB se mantiene constante, se denominaCurrent amplification factor. Se denota porα.
$ \ alpha = \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_E} $ a constante V CB
Expresión de la corriente del colector
Con la idea anterior, intentemos dibujar alguna expresión para corriente de colector.
Junto con la corriente del emisor que fluye, hay una cierta cantidad de corriente base IBque fluye a través del terminal base debido a la recombinación de huecos de electrones. Como la unión colector-base tiene polarización inversa, hay otra corriente que fluye debido a los portadores de carga minoritarios. Esta es la corriente de fuga que puede entenderse comoIleakage. Esto se debe a que las compañías de carga son minoritarias y, por lo tanto, son muy pequeñas.
La corriente del emisor que llega al terminal del colector es
$$ \ alpha I_E $$
Corriente total del colector
$$ I_C = \ alpha I_E + I_ {fuga} $$
Si el voltaje de la base del emisor V EB = 0, incluso entonces, fluye una pequeña corriente de fuga, que puede denominarse I CBO (corriente de la base del colector con la salida abierta).
Por tanto, la corriente del colector se puede expresar como
$$ I_C = \ alpha I_E + I_ {CBO} $$
$$ I_E = I_C + I_B $$
$$ I_C = \ alpha (I_C + I_B) + I_ {CBO} $$
$$ I_C (1 - \ alpha) = \ alpha I_B + I_ {CBO} $$
$$ I_C = \ frac {\ alpha} {1 - \ alpha} I_B + \ frac {I_ {CBO}} {1 - \ alpha} $$
$$ I_C = \ left (\ frac {\ alpha} {1 - \ alpha} \ right) I_B + \ left (\ frac {1} {1 - \ alpha} \ right) I_ {CBO} $$
Por lo tanto, el derivado anterior es la expresión de corriente de colector. El valor de la corriente del colector depende de la corriente base y la corriente de fuga junto con el factor de amplificación de corriente de ese transistor en uso.
Características de la configuración de CB
Esta configuración proporciona ganancia de voltaje pero no ganancia de corriente.
Siendo V CB constante, con un pequeño aumento en el voltaje de base del emisor V EB , la corriente del emisor I E aumenta.
La corriente del emisor I E es independiente del voltaje del colector V CB .
El voltaje del colector V CB puede afectar la corriente del colector I C solo a voltajes bajos, cuando V EB se mantiene constante.
La resistencia de entrada Ries la relación del cambio en el voltaje de base del emisor (ΔV EB ) al cambio en la corriente del emisor (ΔI E ) a un voltaje de base del colector constante V CB .
$ R_i = \ frac {\ Delta V_ {EB}} {\ Delta I_E} $ a constante V CB
Como la resistencia de entrada es de muy bajo valor, un valor pequeño de V EB es suficiente para producir un gran flujo de corriente de emisor corriente I E .
La resistencia de salida Roes la relación de cambio en el voltaje base del colector (ΔV CB ) al cambio en la corriente del colector (ΔI C ) a la corriente constante del emisor IE.
$ R_o = \ frac {\ Delta V_ {CB}} {\ Delta I_C} $ en constante I E
Como la resistencia de salida es de muy alto valor, un gran cambio en V CB produce una muy poco cambio en la corriente de colector I $ C .
Esta configuración proporciona una buena estabilidad frente al aumento de temperatura.
La configuración CB se utiliza para aplicaciones de alta frecuencia.
Configuración de emisor común (CE)
El nombre en sí implica que el EmitterEl terminal se toma como terminal común tanto para la entrada como para la salida del transistor. La conexión del emisor común para los transistores NPN y PNP se muestra en la siguiente figura.
Al igual que en la configuración de CB, la unión del emisor está polarizada hacia adelante y la unión del colector está polarizada hacia atrás. El flujo de electrones se controla de la misma manera. La corriente de entrada es la corriente baseIB y la corriente de salida es la corriente del colector IC aquí.
Factor de amplificación de corriente base (β)
La relación entre el cambio en la corriente del colector (ΔI C ) y el cambio en la corriente base (ΔI B ) se conoce comoBase Current Amplification Factor. Se denota por β.
$$ \ beta = \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_B} $$
Relación entre β y α
Intentemos derivar la relación entre el factor de amplificación de la corriente de base y el factor de amplificación de la corriente del emisor.
$$ \ beta = \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_B} $$
$$ \ alpha = \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_E} $$
$$ I_E = I_B + I_C $$
$$ \ Delta I_E = \ Delta I_B + \ Delta I_C $$
$$ \ Delta I_B = \ Delta I_E - \ Delta I_C $$
Podemos escribir
$$ \ beta = \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_E - \ Delta I_C} $$
Dividiendo por ΔI E
$$ \ beta = \ frac {\ Delta I_C / \ Delta I_E} {\ frac {\ Delta I_E} {\ Delta I_E} - \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_E}} $$
Tenemos
$$ \ alpha = \ Delta I_C / \ Delta I_E $$
Por lo tanto,
$$ \ beta = \ frac {\ alpha} {1 - \ alpha} $$
De la ecuación anterior, es evidente que, cuando α se acerca a 1, β alcanza el infinito.
Por lo tanto, the current gain in Common Emitter connection is very high. Esta es la razón por la que esta conexión de circuito se usa principalmente en todas las aplicaciones de transistores.
Expresión de corriente de colector
En la configuración del emisor común, I B es la corriente de entrada e I C es la corriente de salida.
Sabemos
$$ I_E = I_B + I_C $$
Y
$$ I_C = \ alpha I_E + I_ {CBO} $$
$$ = \ alpha (I_B + I_C) + I_ {CBO} $$
$$ I_C (1 - \ alpha) = \ alpha I_B + I_ {CBO} $$
$$ I_C = \ frac {\ alpha} {1 - \ alpha} I_B + \ frac {1} {1 - \ alpha} I_ {CBO} $$
Si el circuito base está abierto, es decir, si I B = 0,
El colector emisor de corriente con base abierta es I CEO
$$ I_ {CEO} = \ frac {1} {1 - \ alpha} I_ {CBO} $$
Sustituyendo el valor de este en la ecuación anterior, obtenemos
$$ I_C = \ frac {\ alpha} {1 - \ alpha} I_B + I_ {CEO} $$
$$ I_C = \ beta I_B + I_ {CEO} $$
Por tanto, se obtiene la ecuación para la corriente del colector.
Voltaje de rodilla
En la configuración CE, al mantener constante la corriente de base I B , si se varía V CE , I C aumenta casi a 1v de V CE y se mantiene constante a partir de entonces. Este valor de V CE hasta el cual la corriente de colector I C cambia con V CE se llamaKnee Voltage. Los transistores mientras operan en configuración CE, funcionan por encima de este voltaje de rodilla.
Características de la configuración CE
Esta configuración proporciona una buena ganancia de corriente y de voltaje.
Manteniendo V CE constante, con un pequeño aumento en V BE, la corriente de base I B aumenta rápidamente que en las configuraciones CB.
Para cualquier valor de V CE encima de la tensión de la rodilla, I C es aproximadamente igual a βI B .
La resistencia de entrada Ries la relación del cambio en el voltaje del emisor base (ΔV BE ) al cambio en la corriente base (ΔI B ) a un voltaje del emisor del colector constante V CE .
$ R_i = \ frac {\ Delta V_ {BE}} {\ Delta I_B} $ a constante V CE
Como la resistencia de entrada es de muy bajo valor, un valor pequeño de V BE es suficiente para producir un gran flujo de corriente de corriente de base I B .
La resistencia de salida Roes la relación de cambio en el colector emisor de voltaje (? V CE ) para el cambio en la corriente de colector (? I C ) en constante I B .
$ R_o = \ frac {\ Delta V_ {CE}} {\ Delta I_C} $ en constante I B
Como la resistencia de salida del circuito CE es menor que la del circuito CB.
Esta configuración se usa generalmente para métodos de estabilización de polarización y aplicaciones de frecuencia de audio.
Configuración de colector común (CC)
El nombre en sí implica que el CollectorEl terminal se toma como terminal común tanto para la entrada como para la salida del transistor. La conexión de colector común para los transistores NPN y PNP se muestra en la siguiente figura.
Al igual que en las configuraciones CB y CE, la unión del emisor está polarizada hacia adelante y la unión del colector está polarizada hacia atrás. El flujo de electrones se controla de la misma manera. La corriente de entrada es la corriente baseIB y la corriente de salida es la corriente del emisor IE aquí.
Factor de amplificación actual (γ)
La relación entre el cambio en la corriente del emisor (ΔI E ) y el cambio en la corriente base (ΔI B ) se conoce comoCurrent Amplification factoren configuración de colector común (CC). Se denota por γ.
$$ \ gamma = \ frac {\ Delta I_E} {\ Delta I_B} $$
- La ganancia actual en la configuración CC es la misma que en la configuración CE.
- La ganancia de voltaje en la configuración CC es siempre menor que 1.
Relación entre γ y α
Intentemos trazar alguna relación entre γ y α
$$ \ gamma = \ frac {\ Delta I_E} {\ Delta I_B} $$
$$ \ alpha = \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_E} $$
$$ I_E = I_B + I_C $$
$$ \ Delta I_E = \ Delta I_B + \ Delta I_C $$
$$ \ Delta I_B = \ Delta I_E - \ Delta I_C $$
Sustituyendo el valor de I B , obtenemos
$$ \ gamma = \ frac {\ Delta I_E} {\ Delta I_E - \ Delta I_C} $$
Dividiendo por ΔI E
$$ \ gamma = \ frac {\ Delta I_E / \ Delta I_E} {\ frac {\ Delta I_E} {\ Delta I_E} - \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_E}} $$
$$ = \ frac {1} {1 - \ alpha} $$
$$ \ gamma = \ frac {1} {1 - \ alpha} $$
Expresión de corriente de colector
Sabemos
$$ I_C = \ alpha I_E + I_ {CBO} $$
$$ I_E = I_B + I_C = I_B + (\ alpha I_E + I_ {CBO}) $$
$$ I_E (1 - \ alpha) = I_B + I_ {CBO} $$
$$ I_E = \ frac {I_B} {1 - \ alpha} + \ frac {I_ {CBO}} {1 - \ alpha} $$
$$ I_C \ cong I_E = (\ beta + 1) I_B + (\ beta + 1) I_ {CBO} $$
Lo anterior es la expresión de corriente de colector.
Características de la configuración CC
Esta configuración proporciona ganancia de corriente pero no ganancia de voltaje.
En la configuración CC, la resistencia de entrada es alta y la resistencia de salida es baja.
La ganancia de voltaje proporcionada por este circuito es menor que 1.
La suma de la corriente del colector y la corriente base es igual a la corriente del emisor.
Las señales de entrada y salida están en fase.
Esta configuración funciona como una salida de amplificador no inversora.
Este circuito se utiliza principalmente para igualar impedancias. Eso significa, para impulsar una carga de baja impedancia desde una fuente de alta impedancia.