DC пристрастия в транзистори - BJT

DC пристрастия в транзистори - BJT

С прости думи, отклонението в BJT може да бъде дефинирано като процес, при който BJT се активира или включи чрез прилагане на по-малка величина DC през неговите терминали база / емитер, така че да може да проведе относително по-голяма величина DC през неговите изводи за колекторни емитери.



Работата на биполярен транзистор или BJT на нива на постоянен ток се управлява от няколко фактора, които включват редица оперативни точки над характеристиките на устройствата.

В раздел 4.2, обяснен в тази статия, ще проверим подробностите относно този диапазон от оперативни точки за BJT усилватели. След като се изчислят посочените постояннотокови захранвания, може да се създаде схема на схема за определяне на необходимата работна точка.





Разнообразие от такива конфигурации са разгледани в тази статия. Всеки обсъден отделен модел в допълнение ще идентифицира стабилността на подхода, което означава точно колко чувствителна може да бъде системата към даден параметър.

Въпреки че в този раздел са разгледани множество мрежи, те имат едно фундаментално сходство между оценките на всяка конфигурация, поради следното многократно използване на решаващата фундаментална връзка:



В повечето случаи базовият ток IB се оказва първото количество, което трябва да бъде установено. След като IB бъде идентифициран, връзките на уравненията. (4.1) чрез (4.3) може да се приложи, за да се получат останалите въпросни количества.

Приликите в оценките ще бъдат бързо очевидни, докато напредваме с следващите раздели.

Уравненията за IB са толкова много еднакви за много от дизайните, че едната формула може да бъде получена от другата, като просто премахнете или вмъкнете елемент или два.

Основната цел на тази глава е да установи степен на разбиране на транзистора BJT, което би ви позволило да приложите DC анализ на почти всяка схема, която има BJT усилвател като елемент.

4.2 ОПЕРАТИВНА ТОЧКА

Думата пристрастие показаното в заглавието на тази статия е задълбочен термин, който означава прилагане на постояннотокови напрежения и за определяне на фиксирано ниво на ток и напрежение в BJT.

За усилвателите BJT полученият постоянен ток и напрежение създават работна точка върху характеристиките, които установяват региона, който става идеален за необходимото усилване на приложения сигнал. Тъй като оперативната точка се оказва предварително определена точка по характеристиките, тя може да бъде посочена и като точка на покой (съкратено като Q-точка).

„Покой“ по дефиниция означава тишина, неподвижност, заседнал. Фигура 4.1 показва стандартна изходна характеристика на BJT с 4 оперативни точки . Веригата за отклонение може да бъде разработена, за да установи BJT през една от тези точки или други вътре в активната област.

Максималните стойности са посочени върху характеристиките на фиг. 4.1 чрез хоризонтална линия за най-високия ток на колектора ICmax и перпендикулярна линия на най-високото напрежение колектор към емитер VCEmax.

Ограничението на максималната мощност се определя от кривата PCmax на същата фигура. В долния край на графиката можем да видим граничната зона, идентифицирана с IB ≤ 0μ, и областта на насищане, идентифицирана с VCE ≤ VCEsat.

Устройството BJT може да бъде пристрастно извън посочените максимални граници, но последицата от такъв процес би довела до значително влошаване на живота на устройството или пълна повреда на устройството.

Ограничавайки стойностите между посочената активна област, човек може да избере различни експлоатационни зони или точки . Избраната Q-точка обикновено зависи от предвидената спецификация на веригата.

И все пак със сигурност можем да вземем предвид няколко разграничения между броя точки, илюстрирани на фиг. 4.1, за да предоставим няколко основни препоръки относно работна точка и следователно веригата за пристрастия.

Ако не се прилага пристрастие, устройството отначало ще остане изцяло изключено, което води до Q-точка в A - т.е. нулев ток през устройството (и 0V през него). Тъй като е важно да се пристрасти BJT, за да му се даде възможност да реагира за пълния обхват на даден входен сигнал, точка А може да не изглежда подходяща.

За точка Б, когато към веригата е свързан сигнал, устройството ще покаже промяна в тока и напрежението през работна точка , позволявайки на устройството да реагира (и може би да усили) както положителните, така и отрицателните приложения на входния сигнал.

Когато оптимално се използва входният сигнал, напрежението и токът на BJT вероятно ще се променят ..... обаче може да не е достатъчно, за да активира устройството в прекъсване или насищане.

Точка С може да помогне за определени положителни и отрицателни отклонения на изходния сигнал, но величината от пик до пик може да бъде ограничена до близостта на VCE = 0V / IC = 0 mA.

Работата в точка С по същия начин може да предизвика малко притеснения по отношение на нелинейностите поради факта, че пропастта между кривите IB може да се промени бързо в тази конкретна област.

Най-общо казано, много по-добре е да управлявате устройството, при което коефициентът на усилване на устройството е доста последователен (или линеен), за да се гарантира, че усилването на общото люлеене на входния сигнал остава равномерно.

Точка Б е област, показваща по-голямо линейно разстояние и поради тази причина по-голяма линейна активност, както е показано на фиг. 4.1.

Точка D установява устройството работна точка близо до най-високите нива на напрежение и мощност. По този начин люлеенето на изходното напрежение при положителната граница се ограничава, когато не се предполага, че максималното напрежение е надвишено.

Точка Б в резултат изглежда перфектно работна точка по отношение на линейната печалба и възможно най-големите вариации на напрежението и тока.

Ще опишем това в идеалния случай за усилватели с малък сигнал (Глава 8), но не винаги за усилватели на мощност .... ще говорим за това по-късно.

В рамките на този дискурс ще се съсредоточа главно върху отклонението на транзистора по отношение на функцията за усилване на малкия сигнал.

Има още един изключително важен пристрастен фактор, който трябва да се разгледа. След като определи и пристрасти BJT с идеал работна точка , влиянието на температурата също трябва да бъде оценено.

Обхватът на топлината ще доведе до отклонение на границите на устройството като усилване на тока на транзистора (ac) и тока на изтичане на транзистора (ICEO). Повишените температурни диапазони ще доведат до по-големи токове на изтичане в BJT и по този начин ще модифицират експлоатационната спецификация, установена от отклоняващата мрежа.

Това предполага, че моделът на мрежата също трябва да улесни ниво на стабилност на температурата, за да се гарантира, че въздействията на температурните вариации са с минимални промени в работна точка . Това поддържане на работната точка може да бъде определено с коефициент на стабилност, S, който означава нивото на отклонения в работната точка, причинени от температурна промяна.

Препоръчва се оптимално стабилизирана верига и тук ще бъде оценена стабилната характеристика на няколко основни вериги за пристрастия. За да бъде BJT предубеден в линейна или ефективна работна област, трябва да бъдат изпълнени следните точки:

1. Кръстовището на базовия излъчвател трябва да бъде пристрастено напред (напрежението в р-зоната е силно положително), което позволява напрежение на пристрастието напред от около 0,6 до 0,7 V.

2. Преходът база-колектор трябва да бъде пристрастен към обратната посока (n-регионът е силно положителен), като напрежението на обратното отклонение остава на някаква стойност в рамките на максималните граници на BJT.

[Не забравяйте, че при пристрастие напред напрежението през p-n кръстовището ще бъде стр -положително, а за обратното пристрастие е обърнато като има н -положителен. Този фокус върху първата буква трябва да ви даде начин лесно да запомните основната полярност на напрежението.]

Работата в границата, наситеността и линейните области на характеристиката BJT обикновено се представя, както е обяснено по-долу:

1. Операция с линеен регион:

Базово-емитерното кръстовище напред пристрастно

Обратно пристрастен кръстовище на база-колектор

две. Операция на пресечен регион:

Обратно пристрастен преход на база-емитер

3. Операция на региона на насищане:

Базово-емитерното кръстовище напред пристрастно

Преходът на база-колектор е пристрастен

4.3 СХЕМА С ФИКСИРАНА НАКЛОН

Схемата с фиксирано отклонение от фиг. 4.2 е проектирана с доста прост и опростен преглед на анализа на пристрастия на транзисторния постоянен ток.

Въпреки че мрежата изпълнява NPN транзистор, формулите и изчисленията могат да работят еднакво ефективно с настройка на PNP транзистор, просто чрез преконфигуриране на текущите пътища на потока и полярностите на напрежението.

Настоящите посоки на фиг. 4.2 са истинските посоки на тока и напреженията се идентифицират от универсалните анотации с двоен индекс.

За постояннотоков анализ дизайнът може да бъде отделен от споменатите нива на променлив ток просто чрез смяна на кондензаторите с еквивалент на отворена верига.

Освен това VCC за захранване с постоянен ток може да бъде разделен на няколко отделни захранвания (само за извършване на оценката), както е доказано на фиг. 4.3, само за да позволи разбиване на входните и изходните вериги.

Това, което прави, минимизира връзката между двете с базовия ток IB. Раздялата е безспорно легитимна, както е показано на фиг. 4.3, където VCC е свързан направо към RB и RC, точно както на фиг. 4.2.

фиксирана пристрастия BJT верига

Напред пристрастие на база-излъчвател

Напред пристрастие на база-излъчвател

Нека първо анализираме схемата на веригата на базовия излъчвател, показана по-горе на фиг. 4.4. Ако приложим уравнението на напрежението на Kirchhoff по посока на часовниковата стрелка за контура, извеждаме следното уравнение:

Можем да видим, че полярността на спада на напрежението в RB, определена през посоката на тока IB. Решаването на уравнението за текущата IB ни дава следния резултат:

Уравнение (4.4)

Уравнение (4.4) определено е уравнение, което може лесно да се запомни, просто като се запомни, че основният ток тук се превръща в ток, преминаващ през RB, и чрез прилагане на закона на Ом, според който токът е равен на напрежението в RB, разделено на съпротивлението RB .

Напрежението в RB е приложеното напрежение VCC в единия край, по-малко от спада на връзката база-емитер (VBE).
Също така, поради факта, че VCC на захранването и напрежението VBE на емитер на базата са фиксирани величини, изборът на резистора RB в основата установява размера на базовия ток за нивото на превключване.

Цикъл колектор – емитер

Цикъл колектор – емитер

Фигура 4.5 показва етапа на веригата на колекторния емитер, където са представени посоката на токовия IC и съответната полярност в RC.
Стойността на тока на колектора може да се види, че е пряко свързана с IB чрез уравнението:

Уравнение (4.5)

Може да ви е интересно да видите, че тъй като базовият ток зависи от количествата RB и IC е свързан с IB чрез константа β, величината на IC не е функция на RC на съпротивлението.

Регулирането на RC към някаква друга стойност няма да доведе до ефект върху нивото на IB или дори IC, докато се поддържа активната област на BJT.
Въпреки това ще откриете, че величината на VCE се определя от нивото на RC и това може да е от решаващо значение, което трябва да се има предвид.

Ако използваме закона на напрежението на Kirchhoff по посока на часовниковата стрелка през показания затворен контур на фигура 4.5, той извежда следните две уравнения:

Уравнение (4.6)

Това показва, че напрежението на колекторния емитер на BJT в рамките на фиксирана верига на отклонение е захранващото напрежение, еквивалентно на спада, образуван през RC
За да хвърлите бърз поглед на единичен и двоен индекс на индекса, припомнете си, че:

VCE = VC - VE -------- (4.7)

където VCE показва напрежението, преминаващо от колектора към емитер, VC и VE са напреженията, преминаващи съответно от колектора и емитера към земята. Но тук, тъй като VE = 0 V, имаме

VCE = VC -------- (4.8)
Също така, защото имаме,
VBE = VB - И -------- (4.9)
и тъй като VE = 0, най-накрая получаваме:
VBE = VB -------- (4.10)

Моля, запомнете следните точки:

Докато измервате нивата на напрежение като VCE, не забравяйте да поставите червената сонда на волтметъра върху щифта на колектора и черна сонда върху щифта на излъчвателя, както е показано на следващата фигура.

VC означава напрежението, преминаващо от колектора към земята и неговата процедура за измерване също е дадена на следващата фигура.

В настоящия случай и двете показания по-горе ще бъдат сходни, но за различните мрежови вериги това може да покаже различни резултати.

Това предполага, че тази разлика в показанията между двете измервания може да се окаже решаваща, докато се диагностицира възможна неизправност в BJT мрежа.

измерване на VCE и VC в BJT мрежа

Решаване на практически пример за пристрастие към BJT

Оценете следното за конфигурацията с фиксирано пристрастие на фиг. 4.7.

Дадено:
а) IBQ и ICQ.
(b) VCEQ.
(в) VB и VC.
(г) VBC.

решаване на проблем с отклонение от постоянен ток

В следващата глава ще научим за BJT насищане.

Справка

Транзисторно отклонение




Предишна: Верига на логическата последователност нагоре НАДОЛУ Напред: Какво е транзисторно насищане