microcontroller.it - T&T PIC - Emitter follower

Se colleghiamo il collettore del transistor NPN direttamente alla tensione di alimentazione abbiamo la configurazione detta a collettore comune o emitter follower, con il carico applicato all'emettitore.

Colleghiamo il collettore alla tensione di alimentazione Vc ed il carico Rc tra l' emettitore e la massa. Quindi si tratta di un high side switch.

Dato che il transistor è NPN, una certa tensione Vb lo porterà in conduzione, mentre se Vb tende a 0V, il transistor si interdice. La tensione alla base deve essere maggiore della caduta di tensione ai capi del carico.più la tensione tipica del transistor Vbe.

Vb = Vbe + Rc * Ie

Fornendo tensione alla base il transistor comincia a condurre ed una corrente scorre nella Rc, generando una caduta di tensione ai suoi capi, che capi potrà essere al massimo Vrc = Vb -Vbe. Si può indicare sommariamente in conduzione la Vbe media uguale a circa 0.7V, per cui al massimo si avrà Vrc=Vbe-0,7V.

Come risultato, la tensione di uscita segue le variazioni della tensione di ingresso Vb, da cui il nome di inseguitore di emettitore.

Vbe / Ib corrisponde alla resistenza di ingresso del transistor collegato ad emettitore comune e la parte rimanente dipende dal guadagno del transistor per la resistenza del carico:

Quindi la resistenza del transistor a collettore comune è notevolmente superiore a quella dello stesso transistor a emettitore comune di una quantità uguale al gudagno del transistor per la resistenza del carico e che può raggiungere valori di molte centinaia di kilo ohm. Ad esempio, la resistenza di ingresso di un transistor a collettore comune con un guadagno di 100, una carico di 30 ohm che assorbe 150 mA sarà:

Per contro, la resistenza di uscita all' emettitore è molto bassa. La funzione dell' emitter follower, dunque, non è l'aumento di tensione, ma il guadagno di corrente o di potenza e l' adattamento d'impedenza tra un ingresso ad alta impedenza e un carico a bassa impedenza.
Anche se l' emitter follower è usato solitamente in un circuito per adattare l'elevata impedenza di uscita di uno stadio ed adattarla alla bassa impedenza di quello successivo, in amplificatori ca o come buffer per tensioni lineari in cc, alimentatori e simili, è possibile utilizzarlo anche come interruttore high side.

Rispetto all'emitter follower, l' uso dello stesso transistor NPN come low side switch consente di utilizzare una tensione maggiore della Vdd e può essere saturato, fornendo una maggiore tensione al carico.

Per contro, il particolare che rende interessante questa configurazione è che, come abbiamo visto, la resistenza del circuito di base dipende dal guadagno del transistor e dal carico. La corrente di ingresso sarà la corrente del carico divisa per il guadagno transistor e non sarà strettamente necessaria la resistenza di limitazione sulla base, anche se, per sicurezza sia del transistor che del microcontroller, è utile inserirne una di basso valore, attorno al centinaio di ohm..

Questa configurazione risulta, quindi, la più semplice in assoluto per pilotare un carico che richiede corrente maggiore di quella possibile direttamente dal pin.
Servirà solamente un transistor NPN con un guadagno sufficiente a non superare la corrente massima erogabile dalla logica di controllo.

Pilotando direttamente la base del transistor dal pin del microcontroller si potranno controllare carichi alimentati dalla Vdd e correnti dell' ordine del centinaio di milliampere.

Utilizzando un generico NPN, tipo 2N3904, si potranno comandare un massimo di 100mA. Un 2N2222 può essere utilizzato fino a più di 200mA. Uno ZTX689B arriverà a 500 mA.
Per una Vdd = 5V, la tensione ai capi del carico sarà attorno ai 4.3-4.4 V e quindi adatta a comandare piccoli relè con bobina da 5V nominali, LED, display a 7 segmenti e simili. Con tensioni Vdd più basse, come 3.3V, la possibilità di comando sul carico si riduce ai soli dispositivi con una tensione di azionamento altrettanto bassa.

Impieghi tipici sono quelli di buffer per i port in uscita, come high side switch, su piccoli carichi. Questa soluzione, assolutamente poco dispendiosa, è utile in ogni caso per minimizzare la corrente emessa dai pin del microcontroller.


Il classico driver per LED collegati a massa. La R1 va calcolata tenendo presente la caduta di tensione sul transistor.	*LED bicolore* hanno normalmente i catodi in comune, quindi sono generalmente pilotati da un hig side switch.
	Analoga situazione per display ad anodo comune multiplexati . Nel momento in cui tutti i segmenti di un display sono accesi, la corrente supera la massima gestibile direttamente dal pin del microcontroller. Ad esempio, se ogni segmento richiede 10 mA, l' intero display illuminato (cifra 8) richiederà 80 mA, il che supera i 25 mA nominali: l' emitter follower consente di ottenere la corrente necessaria. La corrente nei singoli segmenti è limitata dalle resistenze in serie al Portd.
	Dovendo pilotare un relè a 5V e non disponendo di piccoli relè a bassa corrente, possiamo utilizzare ancora l' emtter follower. Ricordiamo che la corrente che i pin erogano passa attraverso il pin di alimentazione e quindi all' interno del circuito integrato; minore è il suo valore, migliore sarà la condizione di lavoro del microcontroller, dato che se sono attive ad esempio 8 uscite, ciascuna con 20 mA di carico, nel pin Vdd del micro passano 5 x 20 = 100 mA. Se attraverso l' uso di voltage follower riduciamo questa corrente a 2 mA per port, la corrente complessiva nel microcontroller si riduce a 10 mA, mentre quella al carico passerà attraverso i transistor esterni.

Come in tutti i casi di carichi induttivi, il diodo D1 di protezione è indispensabile. Si tratterà del solito 1N41418/1N4150 oppure 1N400x.
Ovviamente occorre che la bobina del relè sia attivata dalla bassa tensione disponibile.

Ovviamente è possibile realizzare un collegamento ad emettitore comune anche con un transistor PNP.

Il transistor si troverà quindi con il collettore collegato direttamente alla massa e il carico tra la Vdd e l' emettitore.
In pratica la configurazione, anche se possibile, è raramente utilizzata.

Questo non toglie che la si possa impiegare come buffer invertente, dato che la logica è negativa:

Port	Transistor	Carico
L	ON	acceso
H	OFF	spento

Val quanto detto per l' NPN, solamente a polarità invertite. Anche qui, ovviamente, la tensione di alimentazione del carico è quella del microcontroller.

Emitter Follower