Conexiunile tranzistorului

Abstract network connectionBine te-am găsit !

În articolele precedente spuneam că tranzistoarele sunt nişte componente electronice a căror funcţionare este foarte asemănătoare cu cea a unui robinet: debitul de fluid (semnalul de ieşire) este controlat prin ajustarea corespunzătoare a rotiţei de reglaj a acestuia (semnalul de intrare). Spre deosebire de un simplu robinet, un tranzistor poate fi montat în “instalaţia” noastră” în mai multe moduri, numite pe scurt “conexiunile tranzistorului”. Aşadar, astăzi vom vorbi despre:

  • Conexiunile tranzistorului – Generalităţi
  • Conexiunea de tip emitor comun (EC)
  • Conexiunea de tip colector comun (CC)
  • Conexiunea de tip bază comună (BC)

Conexiunile tranzistorului – Generalităţi

În articolul despre tranzistoare spuneam că tranzistoarele sunt legate simultam în două circuite:

  • un circuit de intrare (prin care tranzistorul primeşte semnalul de comandă);
  • un circuit de ieşire (prin care tranzistorul controlează semnalul de ieşire conform indicaţiilor semnalului de intrare).

Acest lucru, corelat cu faptul că un tranzistor are doar 3 terminale sugerează că indiferent cum am conecta acel tranzistor, întotdeauna vom avea:

  • un terminal este legat direct la intrare;
  • un terminal este legat direct la ieşire;
  • un terminal care nu este legat direct nici la intrare şi nici la ieşire şi care este denumit comun.

De ce terminalul comun este denumit aşa ? Teoria oficială spune că acesta este terminalul prin care circulă atât semnalul de intrare cât şi cel de ieşire. Ca să demonstreze acest lucru, pentru fiecare conexiune în parte ne este pusă la dispoziţie câte o schemă în care, într-adevăr, explicaţia se verifică. Din păcate însă, pentru fiecare din conexiunile elementare ale tranzistorului există moduri de conectare a circuitelor de intrare şi de ieşire în care teoria oficială nu are (cel puţin după părerea mea) nici un sens. Fiind conştient că cel puţin în cazul începătorilor acest lucru duce de multe ori la confuzii, îţi propun următoarea explicaţie alternativă cu care nu ai cum să dai greş:

În oricare din conexiunile elementare ale unui tranzistor, terminalul care nu este legat direct nici la intrare şi nici la ieşire reprezintă terminalul comun.

Terminalul comun celor două circuite este în acelaşi timp cel care dă numele conexiunii: emitor comun [1], colector comun [2] sau bază comună [3].

Hai să vedem, pentru fiecare din ele, ce anume le diferenţiază pe unele de celelalte.

Conexiunea de tip emitor comun (EC)

În acest caz, semnalul de intrare este aplicat pe bază, semnalul de ieşire este cules de pe colector, ceea ce înseamnă că terminalul comun este emitorul. Modul complet de conectare emitor comun este arătat în figura 1, unde am trasat şi drumul parcurs de semnalul de intrare (linia punctată din stânga) şi cel de ieşire (linia punctată din dreapta).

Figura 1. Conexiunea emitor comun (EC) a unui tranzistor bipolar de tip NPN

Figura 1. Conexiunea emitor comun (EC) a unui tranzistor bipolar de tip NPN.

Semnalul de intrare este aplicat între bază şi emitor, permiţând astfel controlul asupra curentului de colector. Modificarea curentului de colector înseamnă practic modificarea rezistenţei dintre colectorul şi emitorul tranzistorului (pe care o vom numi prescurtat RCE). Observăm că în serie cu RCE este legată şi o rezistenţă R.Col. (rezistenţă de colector) şi că cele două formează un divizor de tensiune în punctul notat cu Ustatic.

Punând cap la cap informaţiile de mai sus, putem spune că semnalul de intrare controlează valoarea lui RCE, care la rândul ei va modifica raportul de divizare al divizorului de tensiune şi implicit va modifica şi valoarea tensiunii din punctul Ustatic. Ustatic, împreună cu borna GND (masa), reprezintă punctele din care este cules semnalul de ieşire.

Conexiunea emitor comun este caracterizată de o amplificare în putere foarte mare, putând oferi la ieşire curenţi şi tensiuni chiar şi de sute de ori mai mari decât cei aplicaţi la intrare. Bineînţeles, tensiunile şi curenţii de ieşire nu pot fi niciodată mai mari decât cei pe care îi poate oferi sursa de alimentare a respectivului circuit.

Trebuie să ştii că în cazul conexiunii emitor comun, semnalul de intrare şi cel de ieşire se află defazate cu 180º. Asta înseamnă că dacă la un moment dar tensiunea semnalului de intrare creşte, cea a semnalului de ieşire scade, şi invers. De exemplu:

  • dacă între baza şi emitorul din figura 1 avem 0V, între punctul Ustatic şi masă (GND) tensiunea va fi maximă (practic egală cu Ucc+);
  • dacă între baza şi emitorul din figura 1 avem cel puţin 0,65V, între Ustatic şi masă (GND) tensiunea va fi minimă (practic 0V).

Din cauza acestui defazaj, spunem că emitor comun este o conexiune inversoare (sau de inversor).

În acest punct conexiunea emitor comun pare să fie foarte potrivită pentru amplificarea semnalelor de orice gen. Din păcate, schema de bază (cea din figura 1) nu permite lucrul cu semnale mai mici decât tensiunea de deschidere a joncţiunii B-E a tranzistorului respectiv. Pe lângă asta, toate semnalele mai mari de 0,65V vor determina aceeaşi tensiune Ustatic, adică Ustatic = ~ 0V. În concluzie, amplificarea cu care se lăuda mai sus conexiunea emitor comun este valabilă doar atunci când semnalele de intrare au tensiuni foarte, foarte, foarte apropiate de 0,65V. Din fericire, există o soluţie simplă prin care putem convinge conexiunea emitor comun să lucreze cu o gamă mai largă de semnale de intrare, însă despre ea vom vorbi în articolul viitor.

Conexiunea de tip colector comun (CC)

De această dată semnalul de intrare este aplicat pe bază, semnalul de ieşire este cules de pe emitor, ceea ce înseamnă că terminalul comun este colectorul. Modul complet de conectare colector comun este arătat în figura 2, unde am trasat şi drumul parcurs de semnalul de intrare (linia punctată din stânga) şi cel de ieşire (linia punctată din dreapta).

Figura 2. Conexiunea colector comun (CC) a unui tranzistor bipolar de tip NPN

Figura 2. Conexiunea colector comun (CC) a unui tranzistor bipolar de tip NPN.

Semnalul de intrare este aplicat şi de această dată tot între bază şi emitor, permiţând astfel controlul asupra curentului de colector. De asemenea, rezistenţa care în figura 1 era conectată în colector, acum este conectată în emitor, motiv pentru care este rebotezată în R.Em. (rezistenţă de emitor).

Urmărind linia neagră din figura 2 stânga, observăm că în drumul său, semnalul de intrare ajunge în punctul Ustatic, unde suferă o atenuare cu circa 0,65V din cauza joncţiunii B-E prin care tocmai a trecut. Ţinând cont de faptul că semnalul de ieşire este preluat tot din punctul Ustatic, asta înseamnă că în conexinea colector comun, semnalul de ieşire va fi mereu cu 0,65V mai mic decat semnalul de intrare.

Din acest motiv, conexiunea colector comun este numită şi repetor pe emitor, deoarece “repetă” pe emitor semnalul aplicat la intrare (scăzând bineînţeles cei ~0,65V care se pierd pe joncţiunea B-E).

O consecinţă directă a acestui lucru este faptul că amplificarea în tensiune a conexiunii colector comun este un pic mai mică decât 1, adică practic este un atenuator, tensiunea de ieşire fiind puţin mai mică decât cea de intrare. Însă marele avantaj al acestei conexiuni este dat de amplificarea în curent care este practic egală cu factorul de amplificare al tranzistorului. Din punct de vedere practic, asta înseamnă că la ieşire pot fi conectate sarcini care vor curenţi de intensitate mare (un motor electric, un difuzor, un bec cu incandescenţă etc.) în timp ce la intrare poţi aplica semnale de la surse care nu pot da decât curenţi de intensităţi foarte mici. Dintre toate conexiunile tranzistorului, conexiunea colector comun are cea mai mare amplificare în curent.

În conexiunea colector comun semnalele de intrare şi cel de ieşire sunt în fază, adică dacă semnalul de intrare creşte, la fel face şi cel de ieşire.

Conexiunea de tip bază comună (BC)

În acest ultim caz, semnalul de intrare este aplicat pe emitor, semnalul de ieşire este cules de pe colector, ceea ce înseamnă că terminalul comun este baza. Modul complet de conectare bază comună este arătat în figura 3, unde am trasat şi drumul parcurs de semnalul de intrare (linia punctată din stânga) şi cel de ieşire (linia punctată din dreapta).

Figura 3. Conexiunea baza comuna (BC) a unui tranzistor bipolar de tip NPN

Figura 3. Conexiunea bază comună (BC) a unui tranzistor bipolar de tip NPN.

În cazul în care mai era vreo îndoială, controlul curentului de colector se realizează şi în acest caz tot prin aplicarea semnalului de intrare între bază şi emitor. La fel ca si conexiunea emitor comun, conexiunea bază comună presupune utilizarea unei rezistenţe de colector (RCol.). De fapt, dacă ne uităm mai atent la figurile 1 şi 3 vom vedea că bază comună este o structură emitor comun în care baza şi emitorul sunt conectaţi unul în locul celuilalt.

Conexiunea bază comună nu se laudă cu o amplificare prea mare nici în curent şi nici în tensiune, însă oferă avantajul unei foarte bune izolări a circuitului de intrare faţă de semnalele care circulă în circuitul de ieşire. În mod natural tindem să credem că doar semnalul de intrare determină ceea ce se întâmplă în circuitul de ieşire, însă în realitate (chiar dacă într-o măsură mult mai mică) există şi o influenţă inversă – semnalele din circuitul de ieşire influenţează fenomenele din circuitul de intrare. Ei bine, după cum spuneam şi mai sus, conexiunea bază comună nu permite decât valori foarte reduse ale aceastei influenţe inverse. La frecvenţe de până la câteva sute de MHz, influenţa inversă este neglijabilă, însa în circuitele de radiofrecvenţă aceasta poate crea probleme serioase. Acesta este şi motivul pentru care conexiunea bază comună este predominant folosită în circuitele de înaltă frecvenţă.

Din punct de vedere al domeniului de valori în care poate varia semnalul de intrare, conexiunea bază comună are aceeaşi problemă ca şi conexiunea emitor comun: amplificarea este constantă doar atunci când semnalul de intrare are valori foarte, foarte apropiate de tensiunea de deschidere a joncţiunii B-E. Mai mult, studiind mai atent figura 3 vom observa că pentru ca semnalul de intrare să poate intra în joncţiunea B-E, acesta trebuie aplicat cu plusul (+) pe bază şi cu minusul (-) pe emitor. În concluzie, conexiunea bază comună, aşa cum este ea prezentată în figura 3, are o amplificare constantă doar atunci când semnalul de intrare are valori foarte apropiate de valoarea de -0,65V. Din fericire, şi în acest caz există soluţii prin care conexiunea bază comună poate fi ajutată să lucreze şi cu alte valori are semnalului de intrare însă pe acestea le voi aborda cu alta ocazie.

În ceea ce priveşte defazajul dintre semnalele de intrare şi cel de ieşire, în cazul conexiunii bază comună acesta este de 0º, adică dacă semnalul de intrare creşte sau scade la fel face şi cel de ieşire.

În încheiere vreau să centralizez cele mai importante caracteristici care ne interesează atunci când vorbim despre conexiunile tranzistorului [3].

Parametru Conexiune emitor comun (EC) Conexiune colector comun (CC) Conexiune bază comună (BC)
Amplificare în tensiune Mare (100-200) Unitară (~1) Medie (10-50)
Amplificare în curent Mare (50-300) Foarte mare (100-800) Subunitară (<1)
Impedanţă de intrare Medie (de la câteva sute de Ω şi până la câţiva kΩ) Mare (de câţiva kΩ) Mică (de cel mult câteva zeci de Ω)
Impedanţă de ieşire Medie (aproximativ egală cu valoarea rezistenţei de colector) Mică (de cel mult câţiva Ω) Foarte mare (de cel puţin câteva sute de kΩ)
Defazaj 180º

Conexiunile tranzistorului, aşa cum au fost ele prezentate în acest articol, nu sunt rezervate exclusiv tranzistoarelor bipolare de tip NPN ci pot fi utilizate cu orice alt tip de tranzistoare ţinând cont doar de următoarele reguli simple:

  • poarta (G) se conectează în locul bazei (B), sursa (S) în locul emitorului (E) şi drena (D) în locul colectorului (C);
  • pentru tranzistoare bipolare de tip PNP sau tranzistoarele cu efect de câmp cu canal P, se inversează polaritatea tensiunii de intrare şi a celei aplicate în circuitul de ieşire.

Menţionez că în cazul MOS-FET-urilor nu este posibilă utilizarea conexiunii poartă (G) comună (adică echivalentul conexiunii bază-comună din cazul tranzistoarelor bipolare). Motivul este dat de faptul că prin poarta unui MOS-FET nu poate curge curent, deoarece poarta este izolată din punct de vedere electric faţă de sursă (S) şi drenă (D).

Chiar dacă aşa cum sunt prezentate aici conexiunile tranzistorului par prea puţin practice, aş vrea să înţelegi că acestea sunt echivalentul unor cărămizi: astăzi ai învăţat care-i treaba cu forma lor brută iar data viitoare vei începe să înveţi cum le poţi şlefui astfel încât să poţi construi ceva practic cu ele.

Dacă ţi-a plăcut acest articol, distribuie-l mai departe în grupul tău de prieteni !

Cu bine,

Ciprian

15 thoughts on “Conexiunile tranzistorului

  1. Am găsit o schema de detector spire in sc de pe un site rusesc ,in care unul din tranzistori are EC in scurt circuit și funcționând ca o dioda.Nu am văzut acest acest mod de legare și cum funcționează.Unde mă pot documenta ?

  2. Salut
    Ai scris ca:
    dacă între baza şi emitorul din figura 1 avem 0V, între punctul Ustatic şi masă (GND) tensiunea va fi maximă (practic egală cu Ucc+);
    dacă între baza şi emitorul din figura 1 avem cel puţin 0,65V, între Ustatic şi masă (GND) tensiunea va fi minimă (practic 0V).
    Daca ai tensiune 0 cand deschide tranzistorul, cum mai poti sa ai curent maxim? I=U/R rezulta I=0. Cum mai isi joaca rolul de amplif de putere.
    Mersi

    • Cand se deschide tranzistorul, practic se face un scurt intre colector si emitor, deci curentul din emitor este egal cu curentul din colector care este egal cu Ucc/Rcol. Fiind un circuit emitor comun, inseamna ca semnalul de iesire il luam de pe colector (de pe rezistenta de sarcina de pe colector)

  3. Salut. Aici nu e o contradictie?
    “Conexiunea emitor comun este caracterizată de o amplificare în putere foarte mare, putând oferi la ieşire curenţi şi tensiuni chiar şi de sute de ori mai mari decât cei aplicaţi la intrare. Bineînţeles, tensiunile şi curenţii de ieşire nu pot fi niciodată mai mari decât cei pe care îi poate oferi sursa de alimentare a respectivului circuit.”

    • Nu. Poate nu am formulat destul de clar: este posibil sa obtii puteri mari la ieșire doar daca sursa de alimentare a circuitului poate oferi acele puteri.

  4. Eu observ in figura 2 ca sageata care indica emitorul este spre GND. Ceea ce ma face sa cred ca in figura 2 este tot o conexiune emitor comun.

Leave a Comment