Разклонител на напрежението в BJT схеми - По-голяма стабилност без бета фактор

Преместването на терминалите на биполярен транзистор с помощта на изчислена резистивна делителна мрежа за осигуряване на оптимална производителност и реакция на превключване се нарича пристрастие на делителя на напрежението.

В предишни дизайни на пристрастия че научихме тока на пристрастия I CQ и напрежение V CEQ са били функция от текущата печалба (β) на BJT.

Но тъй като знаем, че β може да бъде уязвим на температурни промени, особено за силициевите транзистори, а също така истинската стойност на бета често не е правилно идентифицирана, може да е препоръчително да се развие пристрастие на делителя на напрежението в BJT верига, което може да е по-малко склонен към температури или просто независим от самата BJT бета.

Разположението на делителя на напрежението от фиг. 4.25 може да се счита за един от тези проекти.

Когато се изследва с точна основа податливостта към вариации в бета версията изглежда наистина скромна. Ако променливите на веригата са подходящо разработени, нивата на I CQ и V CEQ може да бъде практически напълно независим от бета.

Не забравяйте от предишни обяснения, че Q-точката се характеризира с фиксирано ниво на ICQ и VCEQ, както е показано на фиг. 4.26.

Степента на I BQ може да се промени в зависимост от вариациите в бета версията, но операционната точка около характеристиките, идентифицирани от I CQ и V CEQ могат лесно да останат непроменени, ако се прилагат подходящи указания за веригата.

Както бе споменато по-горе, ще намерите няколко подхода, които могат да бъдат използвани за изследване на настройката на делителя на напрежението.

Причината за избора на конкретни имена за тази схема ще стане очевидна по време на нашия анализ и ще бъде обсъдена в следващите публикации.

Първият е точна техника което може да се извърши на всяка настройка на делителя на напрежението.

Вторият се нарича приблизителен метод, и изпълнението му става осъществимо, когато са изпълнени определени фактори. The приблизителен подход дава възможност за много по-директен анализ с минимални усилия и време.

Освен това това може да бъде много полезно за „режима на проектиране“, за който ще говорим в следващите раздели.
Като цяло, тъй като „приблизителен подход“ може да се работи с повечето условия и по този начин трябва да се оценява със същото ниво на внимание като „точен метод“.

Точен анализ

Нека да научим как методът на точен анализ може да се приложи със следното обяснение

Позовавайки се на следващата фигура, входната страна на мрежата може да бъде възпроизведена, както е показано на фиг. 4.27 за постояннотоков анализ.

The Еквивалент на Тевенин мрежа за проектиране от лявата страна на BJT основа B тогава може да се определи по начин, както е илюстриран по-долу:

RTh : Точките на входното захранване се заменят с еквивалентно късо съединение, както е показано на фиг. 4.28 по-долу.

ETh: Източник на захранващото напрежение V DC се прилага обратно към веригата и напрежението на Тевенин с отворена верига, както се появява на фиг. 4.29 по-долу, се оценява, както е дадено по-долу:

Прилагайки правилото за делителя на напрежението, стигаме до следното уравнение:

След това, чрез пресъздаване на дизайна на Thévenin, както е илюстрирано на фиг. 4.30, оценяваме I BQ като първо приложим закона за напрежението на Kirchhoff по посока на часовниковата стрелка за контура:

ETh - IBRTh - VBE - IERE = 0

Както знаем IE = (β + 1)I Б. Замествайки го в горния цикъл и решавайки за I Б. дава:

Уравнение. 4.30

На пръв поглед може да усетите уравнение (4.30) изглежда съвсем различно от другите уравнения, които са разработени досега, но по-внимателен поглед ще покаже, че числителят е просто разлика от две волтови нива, докато знаменателят е резултат от базово съпротивление + резистор на емитер, което е отразено от (β + 1) и несъмнено е много подобен на уравнение. (4.17) ( Базова излъчвателна верига )

След като IB се изчисли чрез горното уравнение, останалите величини в дизайна могат да бъдат идентифицирани чрез същия метод, както направихме за мрежата с отклонение на емитер, както е показано по-долу:

Уравнение (4.31)

Решаване на практически пример (4.7)
Изчислете постояннотоково напрежение V ТОВА и сегашния I ° С в показаната по-долу мрежа за разделяне на напрежението Фиг. 4.31

Фигура 4.31 Бета-стабилизирана верига за пример 4.7.

Приблизителен анализ

В горния раздел научихме „точния метод“, тук ще обсъдим „приблизителния метод“ за анализ на делителя на напрежението на BJT верига.

Можем да нарисуваме входния етап на мрежа с делител на напрежение, базирана на BJT, както е показано на фигура 4.32 по-долу.

Съпротивлението Ri може да се разглежда като еквивалент на съпротивлението между основата и заземяващата линия на веригата, а RE като резистор между излъчвателя и земята.

От предишните ни дискусии [ур. (4.18)] знаем, че съпротивлението, възпроизведено или отразено между база / излъчвател на BJT, се изразява от уравнението Ri = (β + 1) RE.

Ако разгледаме ситуация, при която Ri е значително по-голяма от съпротивлението R2, ще се получи IB относително по-малка от I2 (не забравяйте, че токът винаги се опитва да намери и се премести в посоката на минималното съпротивление) и по този начин I2 ще се превърне приблизително равен на I1.

Като се има предвид, че приблизителната стойност на IB по същество е нула по отношение на I1 или I2, тогава I1 = I2 и R1 и R2 могат да се разглеждат като серийни елементи.

Фигура 4.32 Схема с частично пристрастие за изчисляване на приблизителното базово напрежение V Б. .

Напрежението в R2, което първоначално би било базовото напрежение, може да бъде оценено, както е показано по-долу, чрез прилагане на мрежата от правила за делителя на напрежението:

Сега от Ri = (β + 1) RE ≅ б RE, условието, което потвърждава дали изпълнението на приблизителния метод е осъществимо или не, се решава от уравнението:

Най-просто казано, ако стойността RE, умножена по стойността на β, е не по-малка от 10 пъти стойността на R2, тогава може да бъде позволено да се приложи приблизителният анализ с оптимална точност

След като се оцени VB, величината на VE може да се определи от уравнението:

докато емитерният ток може да бъде изчислен чрез прилагане на формулата:

Напрежението от колектора към излъчвателя може да бъде идентифицирано чрез следната формула:

VCE = VCC - ICRC - IERE

Обаче от IE ≅ IC, стигаме до следното уравнение:

Трябва да се отбележи, че в поредицата от изчисления, които направихме от уравнение. (4.33) чрез уравнение (4.37) ,, елементът β няма никъде присъствие и IB не е изчислен.

Това означава, че Q-точката (както е установено от I CQ и V CEQ ) в резултат не зависи от стойността на β
Практически пример (4.8):

Нека приложим анализа върху нашите по-рано Фигура 4.31 , използвайки приблизителен подход, и сравнете решенията за ICQ и VCEQ.

Тук наблюдаваме, че нивото на VB е идентично с това на ETh, както е оценено в предишния ни пример 4.7. Това, което всъщност означава, е, че разликата между приблизителния анализ и точния анализ се влияе от RTh, който е отговорен за разделянето на ETh и VB в точния анализ.

Продължавайки напред,

Следващ пример 4.9

Нека направим точния анализ на Пример 4.7, ако β е намален до 70, и открием разликата между решенията за ICQ и VCEQ.

Решение
Този пример може да не се приема като сравнение между точни и приблизителни стратегии, а само за тестване на степента, с която Q-точката може да се движи, в случай че величината на β е намалена с 50%. RTh и ETh са дадени като еднакви:

Подреждането на резултатите в таблична форма ни дава следното:

От горната таблица можем ясно да разберем, че веригата не реагира относително на промяната в β нивата. Въпреки факта, че β величината е значително намалена с 50%, от стойността на 140 на 70, въпреки че стойностите на ICQ и VCEQ са в основата си еднакви.

Следващ пример 4.10

Оценете нивата на I CQ и V CEQ за делителната мрежа на напрежението, както е показано на фиг. 4.33 чрез прилагане на точно и приблизително подходи и сравнете получените решения.

В настоящия сценарий условията, дадени в уравнение (4.33) може да не е удовлетворено, но отговорите могат да ни помогнат да идентифицираме разликата в решението с условията на уравнение (4.33) не се взема предвид.
Фигура 4.33 Делител на напрежението мрежа за Пример 4.10.

Решаване с помощта на точен анализ:

Решаване с помощта на приблизителен анализ:


От горните оценки можем да видим разликата между резултатите, постигнати от точните и приблизителните методи.

Резултатите разкриват, че аз CQ е около 30% по-висока за приблизителния метод, докато V CEQ е с 10% по-ниска. Въпреки че резултатите не са съвсем идентични, като се има предвид факта, че βRE е само 3 пъти по-голям от R2, резултатите всъщност също не са твърде раздалечени.

Каза, че за нашия бъдещ анализ ще разчитаме предимно на уравнението. (4.33), за да се осигури максимално сходство между двата анализа.