Cascada de emisor común

Cuando se enciende un transistor bipolar en un circuito de emisor común (CE), la señal de entrada se aplica a la base en relación con el emisor y la señal de salida se toma del colector en relación con el emisor. En este caso, la señal de salida se invierte con respecto a la entrada (para una señal armónica con una frecuencia no muy alta , la fase de la señal de salida se desplaza con respecto a la entrada en 180 °, a frecuencias altas el cambio de fase difiere de 180 ° debido a la inercia del transistor).

Esta inclusión del transistor le permite obtener la mayor ganancia de potencia , ya que se amplifican tanto la corriente como el voltaje.

Una descripción general de la inclusión de un transistor según el circuito OE

Los transistores bipolares, a diferencia de los transistores de efecto de campo, son dispositivos controlados por la corriente de base. El voltaje en la unión base-emisor directamente polarizada permanece casi constante y depende del material semiconductor, para el germanio alrededor de 0,2 V, para el silicio alrededor de 0,65 V, pero el voltaje de control se aplica a la propia cascada .

La corriente de base, colector y emisor y otras corrientes y voltajes en los electrodos del transistor se pueden calcular utilizando la ley de Ohm y las reglas de Kirchhoff para un circuito multibucle ramificado.

Las corrientes en el transistor están relacionadas por las siguientes relaciones:

de acuerdo con la regla de Kirchhoff para nodos, la suma algebraica de las tres corrientes ( es la corriente de emisor, la corriente de colector y la corriente de base, respectivamente) es igual a cero: ${\displaystyle I_{e},\I_{c},\I_{b))$

{\displaystyle\sum _{k=1}^{3}I_{k}=0,}

I_{c}=I_{b}\cdot \beta ,

I_{e}=I_{c}+I_{b}=I_{b}\cdot (\beta +1),

donde es la ganancia de corriente del transistor en un circuito con un emisor común, o el coeficiente de transferencia de corriente del colector base;

{\ estilo de visualización \ beta = \ alfa / (1- \ alfa)}

{\ estilo de visualización \ alfa =I_{c}/I_{e}}

es el coeficiente de transferencia de corriente del emisor o el coeficiente de transferencia de corriente del emisor-colector.

Ganancia actual : $K_{I}$

K_{I}=I_{salida}/I_{entrada}=I_{c}/I_{b}=I_{c}/(I_{e}-I_{c})=\alpha /(1 -\alfa )=\beta ,\ \ \beta \gg 1.

Impedancia de entrada : $R_{{en}}$

R_{en}=U_{en}/I_{en}=U_{be}/I_{b}.

La etapa amplificadora más simple con un emisor común

La Figura 1 muestra la etapa de emisor común más simple y su conexión a las fuentes de señal, potencia y carga.

La cascada consta de:

transistor ; ${\ estilo de visualización VT1}$
resistencia base , que establece la polarización de CC inicial del transistor; ${\ Displaystyle R_ {b}}$
resistencia , que convierte el cambio en la corriente del colector en un voltaje que cambia sincrónicamente en el colector, y también establece la posición del punto de operación inicial para la corriente. $R_{c}$

Para eliminar el componente constante de la señal de entrada, la fuente de señal se conecta a la entrada de la cascada a través de un condensador de aislamiento . Con el mismo propósito, la salida de la cascada se conecta a la carga a través de un capacitor . Dado que los capacitores introducen una reactancia adicional en los circuitos de entrada y salida , reducen el coeficiente de transferencia de la cascada a bajas frecuencias, pero al elegir valores suficientemente grandes de sus capacitancias, esta disminución puede reducirse. ${\ estilo de visualización C_ {P1}}$ $RH}$ ${\ estilo de visualización C_ {P2}}$

La carga de la cascada, que se muestra en el diagrama como una resistencia , puede representar varios dispositivos o circuitos, por ejemplo, un altavoz electrodinámico , algún indicador, la entrada de otra etapa amplificadora, etc. $RH}$

Modo de funcionamiento de la cascada

En el modo de amplificación activo, el transistor está abierto, el voltaje en su colector, en ausencia de una señal de entrada, para expandir el rango dinámico, es aproximadamente la mitad del voltaje de suministro : la posición del punto de operación inicial, establecida por la base corriente que fluye a través de la resistencia . ${\ estilo de visualización VT1}$ $E_{P}$ ${\ Displaystyle R_ {b}}$

El voltaje constante en la base en relación con el emisor de la señal de entrada cambia poco y es de aproximadamente 0,2 V para transistores de germanio y 0,65 V para transistores de silicio. La constancia aproximada del voltaje se explica por el hecho de que su dependencia de la corriente base es logarítmica. $U_{{ser}}$ $U_{{ser}}$

Con esto en mente, en el modo, el voltaje en el colector a constante está completamente determinado por la corriente que fluye hacia la base a través de la resistencia : $R_{c}$ ${\ Displaystyle R_ {b}}$

{\displaystyle U_{c}=E_{P}-I_{c}R_{c}=E_{P}-\beta I_{b}R_{c))

=E_{P}-\beta R_{c}{\frac {E_{P}-U_{be}}{R_{b}}},

donde es la ganancia de corriente del transistor en un circuito con un emisor común.

\beta

{\ estilo de visualización VT1}

Así, para obtener una tensión en el colector en reposo , en un valor dado , es necesario regular la resistencia en el circuito base igual a: $tu_{c}$ $R_{c}$ ${\ Displaystyle R_ {b}}$

R_{b}=\beta R_{c}{\frac {E_{P}-U_{be}}{E_{P}-U_{c}}}.

Las resistencias de entrada y salida de la cascada

Las resistencias de entrada y salida de la cascada son iguales: $R_{{en}}$ $Derrota}}$

R_{in}=R_{b}||r_{b}={\frac {R_{b}r_{b}}{R_{b}+r_{b}}},

R_{fuera}=R_{c}||r_{c}={\frac {R_{c}r_{c}}{R_{c}+r_{c}}},

donde y son las resistencias internas de la base y el colector del transistor, respectivamente. El símbolo se abrevia para la conexión en paralelo de resistencias.

r_{b}

r_{c}

||

Amplificación de señal

La señal de la fuente ingresa a la entrada de la etapa a través de la resistencia interna de la fuente conectada en serie y la resistencia de entrada de la etapa , lo que hace que la corriente de entrada: ${\ estilo de visualización U_ {G}}$ $R_{G}$ $R_{{en}}$

I_{b}^{\sim }={\frac {U_{G}}{R_{G}+R_{in}}}.

Dado que la carga de corriente alterna en el circuito del colector es la resistencia, tenemos:

R_{H}^{'}=R_{H}||R_{fuera}={\frac {R_{H}R_{fuera}}{R_{H}+R_{fuera}}},

El voltaje de salida de la etapa se puede escribir como:

U_{out}=I_{c}^{\sim }R_{H}^{'}=\beta I_{b}^{\sim }R_{H}^{'}={\frac { \beta U_{G}R_{H}^{'}}{R_{G}+R_{en}}},

y la ganancia de voltaje : $K_{U}$

K_{U}={\frac {U_{salida}}{U_{G}}}={\frac {\beta R_{H}^{'}}{R_{G}+R_{entrada}}}} .

Ventajas de la cascada con OE

Gran ganancia de corriente.
Gran ganancia de voltaje.
La mayor ganancia de potencia de todas las etapas.
Una fuente de alimentación es suficiente para la fuente de alimentación.

Defectos

Rango de frecuencia más estrecho en comparación con los circuitos de base común o colector común debido a la influencia de la capacitancia de la base del colector que causa el efecto Miller .
El voltaje de CA de salida se invierte en relación con la entrada.

El modo clave de la cascada es con un emisor común

Cuando el punto de operación se cambia a uno de los dos estados extremos en la característica de flujo, ya sea al modo de corte de la corriente del colector o al modo de saturación del transistor, la cascada con OE adquiere propiedades clave y tiene dos estados. Al mismo tiempo, la cascada opera en modo clave, como un relé (estados cerrado, abierto) y se utiliza como inversor lógico en elementos lógicos , control de relés electromagnéticos , lámparas incandescentes , etc. Como grupos de contacto de relé, cascadas clave puede considerarse formalmente normalmente cerrado (abierto) y normalmente abierto (cerrado), esto está determinado por la posición del punto de operación: corte o saturación.

Véase también

Enlaces

Amplificadores de transistores
transistores bipolares	emisor común con colector común con base común
FET	con desagüe común con una fuente común con puerta común
Etapas de transistores	Par Darlington (transistor "compuesto") Par de Shiklai Cascada diferencial Amplificador de cascodo