공통 수집기 증폭기

다음으로 연구할 트랜지스터 구성은 이득 계산을 위해 조금 더 간단합니다. common-collector 구성이라고 하는 구성도는 아래 그림과 같습니다.

공통 컬렉터 증폭기는 입력과 출력 모두에 공통 컬렉터가 있습니다.

아래 그림과 같이 신호 소스와 부하가 모두 컬렉터 리드를 공통 연결 지점으로 공유하기 때문에 공통 컬렉터 구성이라고 합니다.

공통 컬렉터:베이스와 컬렉터에 입력이 가해집니다. 이미터-컬렉터 회로에서 출력됩니다.

공통 컬렉터 증폭기 회로의 부하 저항은 이미 터와 직렬로 배치되는베이스 및 컬렉터 전류를 모두 수신한다는 것이 분명해야합니다. 트랜지스터의 에미터 리드는 가장 많은 전류를 처리하는 리드이므로(베이스 및 컬렉터 전류의 합은 항상 에미터 전류를 형성하기 위해 함께 맞물리기 때문에) 이 증폭기는 매우 큰 전류 이득. 이 가정은 실제로 정확합니다. 공통 컬렉터 증폭기의 전류 이득은 다른 트랜지스터 증폭기 구성보다 훨씬 크고 . 그러나 이것이 반드시 다른 앰프 디자인과 차별화되는 것은 아닙니다.

SPICE 모델의 예

이 증폭기 회로의 SPICE 분석으로 즉시 진행해 보겠습니다. 그러면 이 증폭기의 고유한 점이 무엇인지 즉시 알 수 있습니다. 넷리스트는 아래 그림과 같습니다.

SPICE용 공통 컬렉터 증폭기.

커먼 컬렉터 앰프 빈 1 0 q1 2 1 3 모드1 v1 2 0 dc 15 로드 3 0 5k .model mod1 npn .dc 빈 0 5 0.2 .plot dc v(3,0) .끝 

공통 수집기:출력은 입력에서 0.7V V를 뺀 것과 같습니다. 되세요 드롭.

이전 섹션의 공통 이미 터 증폭기와 달리 공통 수집기는 출력 전압을 직접 생성합니다. 역보다는 상승하는 입력 전압에 비례합니다.

입력 전압이 증가하면 출력 전압도 증가합니다. 또한 면밀히 조사하면 출력 전압이 거의 동일합니다. 입력 전압에 약 0.7볼트 뒤처집니다.

이것이 공통 컬렉터 증폭기의 고유한 품질입니다. 입력 전압과 거의 동일한 출력 전압입니다. . 출력 전압 변화의 관점에서 검토 주어진 양의 입력 전압 변경에 대해 , 이 증폭기의 전압 이득은 거의 1(1) 또는 0dB입니다. 이것은 모든 β 값의 트랜지스터와 모든 저항 값의 부하 저항에 적용됩니다.

다이오드 전류 소스 트랜지스터 모델

공통 컬렉터 증폭기의 출력 전압이 항상 입력 전압과 거의 같은 이유를 이해하는 것은 간단합니다. 아래 그림의 다이오드 전류 소스 트랜지스터 모델을 참조하면 기본 전류가 기본 정류 다이오드와 동일한 기본 이미 터 PN 접합을 통과해야 함을 알 수 있습니다.

이 접합이 순방향 바이어스(활성 또는 포화 모드에서 전류를 전도하는 트랜지스터)인 경우 실리콘 구성을 가정할 때 약 0.7V의 전압 강하가 발생합니다. 이 0.7볼트 강하는 기본 전류의 실제 크기와 크게 관계가 없습니다. 따라서 상수로 간주할 수 있습니다.

이미터 팔로워:이미터 전압은 기본 전압을 따릅니다(0.7V VBE 강하 제외).

베이스-이미터 PN 접합과 부하 저항의 전압 극성이 주어지면 이러한 극성이 반드시 키르히호프의 전압 법칙에 따라 입력 전압을 같게 합산합니다.

즉, 부하 전압은 트랜지스터가 전도되는 모든 조건에서 항상 입력 전압보다 약 0.7볼트 낮습니다. 차단은 0.7볼트 미만의 입력 전압에서 발생하고 배터리(공급) 전압에 0.7볼트를 더한 입력 전압에서 포화가 발생합니다.

이러한 동작 때문에 공통 컬렉터 증폭기 회로는 전압 추종자 또는 이미터-팔로어 증폭기, 이미터 부하 전압이 입력을 매우 밀접하게 따르기 때문입니다.

AC 신호 증폭에 공통 컬렉터 회로를 적용하려면 공통 이미 터 회로에서 사용되는 것과 동일한 입력 "바이어싱"이 필요합니다. 전체 사이클 동안 트랜지스터를 활성 모드로 유지하려면 AC 입력 신호에 DC 전압을 추가해야 합니다. . 이렇게 하면 결과는 아래 그림과 같은 비반전 증폭기가 됩니다.

커먼 컬렉터 앰프 vin 1 4 sin(0 1.5 2000 0 0) vbias 4 0 dc 2.3 q1 2 1 3 모드1 v1 2 0 dc 15 로드 3 0 5k .model mod1 npn .트란 .02m .78m .plot 트란 v(1,0) v(3,0) .끝 

공통 컬렉터(이미터-팔로워) 증폭기.

아래 그림의 SPICE 시뮬레이션 결과는 출력이 입력을 따른다는 것을 보여줍니다. 출력은 입력과 동일한 첨두치 진폭입니다. 그러나 DC 레벨은 하나의 VBE 다이오드 드롭만큼 아래쪽으로 이동합니다.

공통 컬렉터(이미터-팔로어):출력 V(3)는 입력 V(1)에서 0.7V VBE 강하를 뺀 값을 따릅니다.

다음은 여러 관심 지점에 연결된 오실로스코프가 있는 회로(아래 그림)의 또 다른 보기입니다.

공통 컬렉터 비 반전 전압 이득은 1에 매우 가깝습니다.

이 증폭기 구성은 전압 이득을 제공하지 않기 때문에(사실, 실제로는 약간 더 적은 전압 이득이 있습니다. 1보다), 증폭 요소는 전류뿐입니다. 이전 섹션에서 조사한 공통 이미 터 증폭기 구성은 트랜지스터의 β와 동일한 전류 이득을 가졌으며 입력 전류는베이스를 통과하고 출력 (부하) 전류는 컬렉터를 통과했으며 β는 정의에 따라 컬렉터와 베이스 전류 사이의 비율. 그러나 공통 컬렉터 구성에서 부하는 이미 터와 직렬로 위치하므로 그 전류는 이미 터 전류와 같습니다. 컬렉터 전류를 전달하는 이미터 및 기본 전류, 이러한 유형의 증폭기의 부하는 이를 통해 흐르는 컬렉터의 모든 전류를 더하기 베이스의 입력 전류. 이것은 β에 1을 더한 전류 이득을 산출합니다.

다시 한 번, PNP 트랜지스터는 NPN 트랜지스터와 마찬가지로 공통 컬렉터 구성에서 사용하기에 유효합니다. 증폭된 신호의 비반전과 마찬가지로 이득 계산은 모두 동일합니다. 유일한 차이점은 아래 그림과 같이 전압 극성과 전류 방향입니다.

공통 수집기 증폭기의 PNP 버전입니다.

공통 컬렉터 증폭기의 널리 사용되는 애플리케이션은 조정된 DC 전원 공급 장치에 사용되며, 조정되지 않은(가변) DC 전압 소스가 지정된 레벨에서 클리핑되어 부하에 조정된(정상) 전압을 공급합니다. 물론 제너 다이오드는 이미 아래 그림과 같은 전압 조정 기능을 제공하고 있습니다.

제너 다이오드 전압 조정기.

그러나 이러한 직접 방식으로 사용될 때 부하에 공급될 수 있는 전류의 양은 일반적으로 상당히 제한됩니다. 본질적으로 이 회로는 직렬 저항을 통과하는 전류를 충분히 높은 레벨로 유지하여 부하 양단의 전압을 조절하여 전체 초과 전원 전압을 떨어뜨리고 제너 다이오드는 전압을 자체적으로 유지하는 데 필요한 만큼의 전류를 끌어옵니다 안정적입니다.

이와 같은 조정기 회로의 전류 처리 능력을 높이는 한 가지 일반적인 방법은 공통 컬렉터 트랜지스터를 사용하여 부하로 전류를 증폭하여 제너 다이오드 회로가 베이스를 구동하는 데 필요한 전류량만 처리하도록 하는 것입니다. 트랜지스터.

공통 컬렉터 애플리케이션:전압 조정기.

이 접근 방식에는 단 한 가지 주의 사항이 있습니다. 트랜지스터의 0.7볼트 베이스 이미터 강하로 인해 부하 전압이 제너 다이오드 전압보다 약 0.7볼트 낮습니다. 이 0.7볼트 차이는 광범위한 부하 전류에서 상당히 일정하기 때문에 애플리케이션에 대해 0.7볼트 더 높은 정격의 제너 다이오드를 선택할 수 있습니다.

때때로 단일 트랜지스터, 공통 컬렉터 구성의 고전류 이득은 특정 애플리케이션에 충분하지 않습니다. 이 경우 여러 트랜지스터를 달링턴 쌍이라고 하는 널리 사용되는 구성으로 함께 스테이징할 수 있습니다. , 아래 그림에 표시된 공통 수집기 개념의 확장일 뿐입니다.

NPN 달링턴 쌍.

달링턴 쌍은 기본적으로 하나의 트랜지스터를 다른 트랜지스터의 공통 컬렉터 부하로 배치하여 전류 이득을 곱합니다. 왼쪽 상단 트랜지스터를 통과하는 기본 전류는 해당 트랜지스터의 에미터를 통해 증폭되며, 이 이미터는 오른쪽 하단 트랜지스터의 베이스에 직접 연결되며 여기서 전류가 다시 증폭됩니다. 전체 전류 이득은 다음과 같습니다.

전체 어셈블리가 공통 컬렉터 방식으로 부하에 연결된 경우 전압 이득은 여전히 ​​거의 1과 같지만 부하 전압은 아래 그림에 표시된 입력 전압보다 전체 1.4볼트 낮습니다.

Darlington 쌍 기반 공통 수집기 증폭기는 두 개의 VBE 다이오드 드롭을 잃습니다.

Darlington 쌍은 개별 장치(동일한 패키지에 2개의 트랜지스터)로 구입하거나 개별 트랜지스터 쌍으로 구성할 수 있습니다. 물론 한 쌍으로 얻을 수 있는 것보다 더 많은 전류 이득이 필요한 경우 Darlington 삼중항 또는 사중항 어셈블리를 구성할 수 있습니다.

검토:

<울>

공통 수집가 트랜지스터 증폭기는 입력 및 출력 전압 지점이 전원 공급 장치를 고려하지 않고 트랜지스터의 컬렉터 리드를 공통으로 공유하기 때문에 소위 말하는 것입니다.

공통 수집기 증폭기는 이미미터 팔로워라고도 합니다.

공통 수집기 증폭기의 출력 전압은 입력 전압과 동상이 되어 공통 수집기를 비반전으로 만듭니다. 증폭기 회로.

공통 컬렉터 증폭기의 전류 이득은 β에 1을 더한 값과 같습니다. 전압 이득은 대략 1과 같습니다(실제로는 약간 작음).

달링턴 페어 하나의 에미터가 공통 컬렉터 형태로 다른 에미터의 베이스에 전류를 공급하도록 서로 "피기백(piggyback)"된 한 쌍의 트랜지스터입니다. 결과는 개별 공통 컬렉터 전류 이득(β + 1)의 곱(곱셈)과 동일한 전체 전류 이득입니다.

관련 워크시트:

<울>

클래스 A BJT 증폭기