Gemeenschappelijke-collectorversterker

Figuur 1: Basis NPN gemeenschappelijke-collector schakeling.

Een gemeenschappelijke-collectorversterker (ook wel bekend als emittervolger) is in de elektrotechniek een van de drie basisconfiguraties voor enkelvoudige-stage bipolaire (BJT) transistorversterkers.

De drie configuraties zijn:

1. Gemeenschappelijke-emitterversterker
2. Gemeenschappelijke-basisversterker
3. Gemeenschappelijke-collectorversterker

In deze schakeling is de basis van de transistor de ingang, wordt de emitter gebruikt als uitgang en is de collector gemeenschappelijk (wordt gekoppeld aan een voeding). Deze schakeling is analoog aan de gemeenschappelijke-drain bij gebruik van een veldeffecttransistor. Bij deze schakeling is er geen fase inversie aanwezig.

Spanningsversterking

Figuur 2: Afleiding voor de spanningsversterking

Figuur 3: Gemeenschappelijke-collector versterker

Zoals in alle versterkers is de spanningsversterking gelijk aan:

$A_v=\left(\frac{V_{\mathrm{u}\mathrm{i}\mathrm{t}}}{V_{\mathrm{i}\mathrm{n}}}\right)$

De capacitieve reactanties zijn negeerbaar aan de werkfrequentie. Voor de emittervolger zoals weergegeven in figuur 2

$V_{\mathrm{u}\mathrm{i}\mathrm{t}}=I_e\cdot R_e$

en

$V_{\mathrm{i}\mathrm{n}}=I_e(r{\text{'}}_e+R_e)$

Daarom is de spanningsversterking gelijk aan

$A_v=\left(\frac{I_e\cdot R_e}{I_e(r{\text{'}}_e+R_e)}\right)$

de $I_e$ stroom deelt zichzelf weg, dus herleidt de basis naar emitter spanningsversterking zich tot

$A_v=\left(\frac{R_e}{(r{\text{'}}_e+R_e)}\right)$

waarbij

$R_e=R_E||R_L$

als er geen belasting is, dan is

$R_e=R_E$.

Hieruit volgt dat de versterking altijd kleiner of gelijk is aan 1.

Als $R_e>>r{\text{'}}_e$ dan is de goede benadering gelijk aan $A_v\approx 1$

Ingangsweerstand

De emitter-volger heeft als karakteristiek een hoge ingangsweerstand waardoor deze gebruikt kan worden als buffer bij een laagohmige belasting.

Het afleiden van de ingangsweerstand, kijkend naar de basis van de gemeenschappelijke-collector versterker, is gelijkwaardig met de gemeenschappelijke-emitter versterker. Echter wordt in de gemeenschappelijke-collector de emitter weerstand nooit omzeild omdat de uitgang langs $R_e$ gaat, die gelijkstaat aan $R_E$ in parallel met $R_L$.

$R_{\mathrm{i}\mathrm{n}\mathrm{(}\mathrm{b}\mathrm{a}\mathrm{s}\mathrm{i}\mathrm{s}\mathrm{)}}=\left(\frac{V_{\mathrm{i}\mathrm{n}}}{I_{\mathrm{i}\mathrm{n}}}\right)=\left(\frac{V_b}{I_b}\right)=\left(\frac{I_e(r{\text{'}}_e+R_e)}{I_b}\right)$

Omdat $I_e\approx I_c={\beta }_{ac}\cdot I_b$

$R_{\mathrm{i}\mathrm{n}\mathrm{(}\mathrm{b}\mathrm{a}\mathrm{s}\mathrm{i}\mathrm{s}\mathrm{)}}\approx \left(\frac{{\beta }_{ac}\cdot I_b(r{\text{'}}_e+R_e)}{I_b}\right)$

De term $I_b$ deelt zichzelf weg; hieruit volgt,

$R_{\mathrm{i}\mathrm{n}\mathrm{(}\mathrm{b}\mathrm{a}\mathrm{s}\mathrm{i}\mathrm{s}\mathrm{)}}\approx {\beta }_{ac}(r{\text{'}}_e+R_e)$

Als $R_e>>r{\text{'}}_e$, dan is de ingangsweerstand aan de basis gelijk aan

$R_{\mathrm{i}\mathrm{n}\mathrm{(}\mathrm{b}\mathrm{a}\mathrm{s}\mathrm{i}\mathrm{s}\mathrm{)}}\approx {\beta }_{ac}\cdot R_e$

De instelweerstanden in figuur 3 staan parallel met $R_{\mathrm{i}\mathrm{n}\mathrm{(}\mathrm{b}\mathrm{a}\mathrm{s}\mathrm{i}\mathrm{s}\mathrm{)}}$ kijkend van de ingangsbron; dus de totale ingangsweerstand is gelijk aan

$R_{\mathrm{i}\mathrm{n}\mathrm{(}\mathrm{t}\mathrm{o}\mathrm{t}\mathrm{)}}=R_1||R_2||R_{\mathrm{i}\mathrm{n}\mathrm{(}\mathrm{b}\mathrm{a}\mathrm{s}\mathrm{i}\mathrm{s}\mathrm{)}}$

Uitgangsweerstand

Na het verwijderen van de belasting, kijkend naar de emitter van de emitter-volger, is de uitgangsweerstand gelijk aan:

$R_{\mathrm{u}\mathrm{i}\mathrm{t}}\approx \left(\frac{R_s}{{\beta }_{ac}}\right)||R_E$

$R_s$ is de weerstand van de ingangsbron. De uitgangsweerstand is zeer klein bij deze schakeling, zodat de emitter-volger zeer nuttig is bij belastingen met een kleine weerstand.

Stroomversterking

De stroomversterking is gelijk aan:

$A_i=\left(\frac{I_e}{I_{in}}\right)$

met $I_{\mathrm{i}\mathrm{n}}=\left(\frac{V_{in}}{R_{\mathrm{i}\mathrm{n}\mathrm{(}\mathrm{t}\mathrm{o}\mathrm{t}\mathrm{)}}}\right)$

Vermogensversterking

De vermogensversterking is het product van de stroom- en spanningsversterking. Voor de emitter-volger is de spanningsversterking ongeveer gelijk aan 1.

$A_p=A_v\cdot A_i$

Omdat $A_v\approx 1$, is de vermogenversterking gelijk aan:

$A_p\approx A_i$

Referenties

• Floyd, Thomas L. (2007), Electronic Devices (Conventional Current Version): Eight Edition