Penguat Common-collector

Konfigurasi transistor kami berikutnya untuk dipelajari sedikit lebih sederhana untuk perhitungan gain. Disebut konfigurasi common-collector, diagram skematiknya ditunjukkan pada gambar di bawah.

Penguat kolektor umum memiliki kolektor yang sama untuk input dan output.

Disebut konfigurasi common-collector karena (mengabaikan baterai catu daya) baik sumber sinyal maupun beban berbagi kabel kolektor sebagai titik sambungan umum seperti pada gambar di bawah.

Kolektor umum:Input diterapkan ke basis dan kolektor. Keluaran dari rangkaian emitor-kolektor.

Harus jelas bahwa resistor beban dalam rangkaian penguat common-collector menerima arus basis dan kolektor, ditempatkan secara seri dengan emitor. Karena ujung emitor dari transistor adalah yang menangani arus paling besar (jumlah arus basis dan kolektor, karena arus basis dan kolektor selalu menyatu untuk membentuk arus emitor), masuk akal untuk menganggap bahwa penguat ini akan memiliki keuntungan arus yang sangat besar. Anggapan ini memang benar:gain arus untuk penguat common-collector cukup besar, lebih besar dari konfigurasi penguat transistor lainnya . Namun, ini belum tentu membedakannya dari desain amplifier lainnya.

Contoh model SPICE

Langsung saja kita lanjutkan ke analisa SPICE dari rangkaian amplifier ini, dan anda akan langsung bisa melihat apa yang unik dari amplifier ini. Netlistnya ada pada gambar di bawah ini.

Penguat kolektor umum untuk SPICE.

penguat kolektor umum vin 1 0 q1 2 1 3 mod1 v1 2 0 dc 15 muat 3 0 5k .model mod1 npn .dc vin 0 5 0.2 .plot dc v(3,0) .akhir 

Kolektor umum:Output sama dengan input dikurangi 0,7 V V JADI jatuh.

Berbeda dengan penguat common-emitter dari bagian sebelumnya, common-collector menghasilkan tegangan keluaran langsung daripada terbalik sebanding dengan kenaikan tegangan input.

Ketika tegangan input meningkat, begitu juga tegangan output. Selain itu, pemeriksaan dekat mengungkapkan bahwa tegangan output hampir identik ke tegangan input, tertinggal sekitar 0,7 volt.

Ini adalah kualitas unik dari penguat common-collector:tegangan keluaran yang hampir sama dengan tegangan masukan . Diperiksa dari perspektif tegangan keluaran perubahan untuk jumlah tegangan input tertentu ubah , penguat ini memiliki penguatan tegangan hampir satu (1), atau 0 dB. Ini berlaku untuk transistor dengan nilai berapa pun, dan untuk resistor beban dengan nilai resistansi apa pun.

Model Transistor Sumber Arus Dioda

Sangat mudah untuk memahami mengapa tegangan output dari penguat common-collector selalu hampir sama dengan tegangan input. Mengacu pada model transistor sumber arus dioda pada gambar di bawah, kita melihat bahwa arus basis harus melalui sambungan PN basis-emitor, yang setara dengan dioda penyearah normal.

Jika sambungan ini dibias maju (transistor yang menghantarkan arus baik dalam mode aktif atau jenuh), ia akan mengalami penurunan tegangan sekitar 0,7 volt, dengan asumsi konstruksi silikon. Penurunan 0,7 volt ini sebagian besar terlepas dari besarnya arus basis yang sebenarnya; dengan demikian, kita dapat menganggapnya konstan:

Pengikut emitor:Tegangan emitor mengikuti tegangan basis (dikurangi penurunan VBE 0,7 V.)

Mengingat polaritas tegangan melintasi persimpangan PN basis-emitor dan resistor beban, kita melihat bahwa ini harus tambahkan bersama-sama untuk menyamai tegangan input, mengikuti Hukum Tegangan Kirchhoff.

Dengan kata lain, tegangan beban akan selalu sekitar 0,7 volt lebih kecil dari tegangan input untuk semua kondisi di mana transistor berjalan. Cutoff terjadi pada tegangan input di bawah 0,7 volt, dan saturasi pada tegangan input di atas tegangan baterai (supply) ditambah 0,7 volt.

Karena perilaku ini, rangkaian penguat common-collector juga dikenal sebagai pengikut tegangan atau pengikut-emitor amplifier, karena tegangan beban emitor mengikuti masukan dengan sangat dekat.

Menerapkan rangkaian common-collector untuk amplifikasi sinyal AC memerlukan input "biasing" yang sama yang digunakan dalam rangkaian common-emitter:tegangan DC harus ditambahkan ke sinyal input AC untuk menjaga transistor dalam mode aktif selama seluruh siklus . Ketika ini dilakukan, hasilnya adalah penguat non-pembalik pada gambar di bawah ini.

penguat kolektor umum vin 1 4 dosa(0 1.5 2000 0 0) vbias 4 0 dc 2.3 q1 2 1 3 mod1 v1 2 0 dc 15 muat 3 0 5k .model mod1 npn .trans .02m .78m .plot tran v(1,0) v(3,0) .akhir 

Penguat kolektor umum (pengikut emitor).

Hasil simulasi SPICE pada Gambar di bawah ini menunjukkan bahwa keluaran mengikuti masukan. Outputnya adalah amplitudo puncak-ke-puncak yang sama dengan input. Meskipun demikian, level DC digeser ke bawah sebesar satu penurunan dioda VBE.

Kolektor umum (pengikut emitor):Output V(3) mengikuti input V(1) dikurangi penurunan VBE 0,7 V.

Berikut tampilan lain dari rangkaian (Gambar di bawah) dengan osiloskop yang terhubung ke beberapa tempat menarik.

Penguatan tegangan non-pembalik kolektor umum sangat dekat dengan 1.

Karena konfigurasi penguat ini tidak memberikan penguatan tegangan apa pun (pada kenyataannya, penguat ini memiliki penguatan tegangan sedikit kurang dari 1), hanya faktor penguatnya adalah arus. Konfigurasi penguat emitor bersama yang diperiksa pada bagian sebelumnya memiliki penguatan arus yang sama dengan transistor, adalah bahwa arus input melewati basis dan arus keluaran (beban) melewati kolektor, dan menurut definisi adalah perbandingan antara arus kolektor dan arus basis. Dalam konfigurasi common-collector, beban ditempatkan secara seri dengan emitor, dan dengan demikian arusnya sama dengan arus emitor. Dengan emitor yang membawa arus kolektor dan arus basis, beban dalam jenis penguat ini memiliki semua arus kolektor yang mengalir melaluinya plus arus masukan basis. Ini menghasilkan keuntungan saat ini sebesar ditambah 1:

Sekali lagi, transistor PNP sama validnya untuk digunakan dalam konfigurasi common-collector seperti transistor NPN. Perhitungan gain semuanya sama, seperti non-inverting dari sinyal yang diperkuat. Satu-satunya perbedaan adalah polaritas tegangan dan arah arus yang ditunjukkan pada gambar di bawah.

Versi PNP dari penguat common-collector.

Aplikasi populer dari penguat kolektor umum adalah untuk catu daya DC yang diatur, di mana sumber tegangan DC yang tidak diatur (bervariasi) dipotong pada tingkat tertentu untuk memasok tegangan yang diatur (stabil) ke beban. Tentu saja, dioda Zener sudah menyediakan fungsi pengaturan tegangan ini yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

Pengatur tegangan dioda zener.

Namun, bila digunakan dengan cara langsung ini, jumlah arus yang dapat disuplai ke beban biasanya cukup terbatas. Intinya, rangkaian ini mengatur tegangan melintasi beban dengan menjaga arus melalui resistor seri pada tingkat yang cukup tinggi untuk menjatuhkan semua kelebihan tegangan sumber daya di atasnya, dioda Zener menarik lebih banyak atau lebih sedikit arus yang diperlukan untuk menjaga tegangan melintasi dirinya sendiri. mantap.

Salah satu cara populer untuk meningkatkan kemampuan penanganan arus dari rangkaian regulator seperti ini adalah dengan menggunakan transistor common-collector untuk memperkuat arus ke beban sehingga rangkaian dioda Zener hanya perlu menangani jumlah arus yang diperlukan untuk menggerakkan basis transistornya.

Aplikasi kolektor umum:pengatur tegangan.

Hanya ada satu peringatan untuk pendekatan ini:tegangan beban akan kurang lebih 0,7 volt dari tegangan dioda Zener, karena penurunan basis-emitor transistor 0,7 volt. Karena perbedaan 0,7 volt ini cukup konstan pada rentang arus beban yang lebar, dioda Zener dengan peringkat 0,7 volt lebih tinggi dapat dipilih untuk aplikasi tersebut.

Terkadang penguatan arus tinggi dari transistor tunggal, konfigurasi kolektor umum tidak cukup untuk aplikasi tertentu. Jika ini masalahnya, beberapa transistor dapat dirangkai bersama dalam konfigurasi populer yang dikenal sebagai pasangan Darlington , hanya perpanjangan dari konsep kolektor biasa yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

Sepasang NPN Darlington.

Pasangan Darlington pada dasarnya menempatkan satu transistor sebagai beban kolektor umum untuk transistor lain, sehingga mengalikan keuntungan mereka saat ini. Arus basis melalui transistor kiri atas diperkuat melalui emitor transistor itu, yang terhubung langsung ke basis transistor kanan bawah, di mana arus diperkuat lagi. Keuntungan keseluruhan saat ini adalah sebagai berikut:

Penguatan tegangan masih hampir sama dengan 1 jika seluruh rakitan terhubung ke beban dengan cara kolektor-bersama, meskipun tegangan beban akan menjadi 1,4 volt penuh kurang dari tegangan input yang ditunjukkan pada gambar di bawah.

Penguat common-collector berbasis pasangan Darlington kehilangan dua tetes dioda VBE.

Pasangan Darlington dapat dibeli sebagai unit diskrit (dua transistor dalam paket yang sama) atau dapat dibuat dari sepasang transistor individu. Tentu saja, jika penguatan arus yang lebih diinginkan daripada yang diperoleh dengan sepasang, rakitan triplet atau quadruplet Darlington dapat dibangun.

TINJAUAN:

• Pengumpul biasa penguat transistor disebut demikian karena titik tegangan input dan output berbagi ujung kolektor transistor yang sama satu sama lain, tidak mempertimbangkan catu daya apa pun.
• Penguat common-collector juga dikenal sebagai emitor-follower.
• Tegangan output pada penguat common-collector akan sefasa dengan tegangan input, membuat common-collector non-inverting rangkaian penguat.
• Penguatan arus penguat common-collector sama dengan ditambah 1. Penguatan tegangan kira-kira sama dengan 1 (dalam praktiknya, hanya sedikit lebih kecil).
• Sebuah Pasangan Darlington adalah sepasang transistor "didukung" satu sama lain sehingga emitor dari satu mengalirkan arus ke basis yang lain dalam bentuk kolektor-bersama. Hasilnya adalah perolehan arus keseluruhan yang sama dengan produk (perkalian) dari perolehan arus kolektor umum masing-masing (β ditambah 1).

LEMBAR KERJA TERKAIT:

• Penguat BJT Kelas A