DC pristranost u tranzistorima - BJT

Isprobajte Naš Instrument Za Uklanjanje Problema





Jednostavno rečeno, pristranost u BJT-ovima može se definirati kao postupak u kojem se BJT aktivira ili uključuje ON primjenom manje veličine DC preko njegovih terminala baze / emitora, tako da je sposoban provesti relativno veću veličinu DC preko njegovi terminali kolektorskih emitora.

Radom bipolarnog tranzistora ili BJT-ova na istosmjernoj razini upravlja nekoliko čimbenika, što uključuje niz operativne točke preko karakteristika uređaja.



U odjeljku 4.2 objašnjenom u ovom članku provjerit ćemo detalje u vezi s ovim rasponom operativne točke za BJT pojačala. Jednom kada se izračunaju specificirane opskrbe istosmjernim napajanjem, može se stvoriti dizajn kruga za određivanje potrebne radne točke.

U ovom se članku ispituju razne takve konfiguracije. Svaki pojedini model o kojem se raspravlja dodatno će identificirati stabilnost pristupa, što znači koliko točno sustav može biti osjetljiv na zadani parametar.



Iako se u ovom odjeljku ispituju brojne mreže, one imaju jednu temeljnu sličnost između procjena svake konfiguracije, zbog sljedeće ponovljene upotrebe presudnog temeljnog odnosa:

U većini slučajeva osnovna struja IB je prva veličina koju treba uspostaviti. Jednom kada se IB identificira, odnosi jednadžbi. (4.1) putem (4.3) može se primijeniti za dobivanje ostatka predmetnih količina.

Sličnosti u evaluacijama bit će brzo vidljive kako napredujemo u sljedećim odjeljcima.

Jednadžbe za IB toliko su identične za mnoge dizajne da bi se jedna formula mogla izvesti iz druge jednostavnim uklanjanjem ili umetanjem elementa ili dva.

Glavni cilj ovog poglavlja je uspostaviti stupanj razumijevanja BJT tranzistora koji bi vam omogućio provođenje istosmjerne analize gotovo bilo kojeg kruga koji ima BJT pojačalo kao element.

4.2 POSLOVNO MJESTO

Riječ pristranost prikazano u naslovu ovog članka dubinski je pojam koji označava provedbu istosmjernih napona i određivanje fiksne razine struje i napona u BJT-ima.

Za BJT pojačala rezultirajuća jednosmjerna struja i napon stvaraju radna točka o karakteristikama koje uspostavljaju područje koje postaje idealno za potrebno pojačanje primijenjenog signala. Budući da je radna točka unaprijed određena točka prema karakteristikama, ona se također može nazvati i tačka mirovanja (skraćeno Q-točka).

'Mirni' po definiciji označava tišinu, tišinu, sjedilački. Slika 4.1 prikazuje standardnu ​​izlaznu karakteristiku BJT-a koji ima 4 operativne točke . Krug za pristranost mogao bi se razviti za uspostavljanje BJT preko jedne od ovih točaka ili drugih unutar aktivne regije.

Maksimalne vrijednosti istaknute su na karakteristikama sa slike 4.1 kroz vodoravnu crtu za najveću struju kolektora ICmax i okomitu crtu na najvišem naponu kolektora do emitora VCEmax.

Ograničenje maksimalne snage prepoznaje se iz krivulje PCmax na istoj slici. Na donjem kraju grafikona možemo vidjeti graničnu regiju, identificiranu s IB ≤ 0μ, i područje zasićenja, identificiranu s VCE ≤ VCEsat.

BJT jedinica mogla bi biti pristrana izvan navedenih naznačenih maksimalnih ograničenja, ali posljedica takvog postupka rezultirala bi značajnim pogoršanjem vijeka trajanja uređaja ili potpunim slomom uređaja.

Ograničavajući vrijednosti između naznačene aktivne regije, može se odabrati niz operativna područja ili točke . Odabrana Q-točka obično ovisi o namjeravanoj specifikaciji kruga.

Ipak, sigurno možemo uzeti u obzir nekoliko razlika između broja točaka prikazanih na slici 4.1. Kako bismo pružili nekoliko temeljnih preporuka u vezi s radna točka , i prema tome, sklop sklopa.

Da se ne primjenjuje nikakva pristranost, uređaj bi isprva ostao u potpunosti ISKLJUČEN, što dovodi do toga da Q-točka bude na A - to jest, nulta struja kroz uređaj (i 0 V preko njega). Budući da je bitno pristraniti BJT kako bi mu se omogućilo da reagira u cijelom rasponu danog ulaznog signala, točka A možda neće izgledati prikladno.

Za točku B, kada je signal spojen na krug, uređaj će pokazati varijaciju u struji i naponu kroz radna točka , omogućujući uređaju da reagira (i možda pojačava) i pozitivne i negativne primjene ulaznog signala.

Kada se ulazni signal optimalno koristi, napon i struja BJT-a vjerojatno će se promijeniti ..... međutim možda neće biti dovoljno da se uređaj aktivira u prekidu ili zasićenju.

Točka C može pomoći određenim pozitivnim i negativnim odstupanjima izlaznog signala, ali magnituda vrha do vrha može biti ograničena na blizinu VCE = 0V / IC = 0 mA.

Rad u točki C na sličan način može izazvati malu zabrinutost s obzirom na nelinearnosti zbog činjenice da se jaz između IB krivulja može brzo mijenjati na ovom određenom području.

Općenito govoreći, daleko je bolje upravljati uređajem u kojem je pojačanje uređaja prilično dosljedno (ili linearno), kako bi se osiguralo da pojačanje na ukupnom zamahu ulaznog signala ostane ujednačeno.

Točka B je područje koje pokazuje veći linearni razmak i iz tog razloga veću linearnu aktivnost, kao što je naznačeno na slici 4.1.

Točka D uspostavlja uređaj radna točka blizu najvišeg napona i snage. Ljuljanje izlaznog napona na pozitivnoj granici tako je ograničeno kada se ne smije prekoračiti maksimalni napon.

Rezultat točke B izgleda savršeno radna točka s obzirom na linearno pojačanje i najveće moguće varijacije napona i struje.

To ćemo opisati idealno za pojačala s malim signalom (poglavlje 8), međutim, ne uvijek za pojačala, .... o tome ćemo kasnije.

Unutar ovog diskursa usredotočit ću se uglavnom na pristranost tranzistora s obzirom na funkciju pojačanja malog signala.

Postoji još jedan izuzetno presudan faktor pristranosti koji treba pogledati. Utvrdivši i pristrastivši BJT s idealom radna točka , također treba procijeniti utjecaje temperature.

Raspon topline uzrokovat će odstupanje granica uređaja poput pojačanja struje tranzistora (izmjeničnog napona) i propuštanja struje tranzistora (ICEO). Povećani temperaturni rasponi uzrokovat će veće struje istjecanja u BJT, a time će izmijeniti radne specifikacije utvrđene mrežom za prednapon.

To podrazumijeva da mrežni uzorak također mora omogućiti razinu temperaturne stabilnosti kako bi se osiguralo da utjecaji temperaturnih varijacija budu s minimalnim pomacima u radna točka . Ovo održavanje radne točke moglo bi se odrediti s faktorom stabilnosti, S, koji označava razinu odstupanja u radnoj točki uzrokovanu promjenom temperature.

Preporučuje se optimalno stabilizirani krug, a ovdje će se procijeniti stabilna značajka nekoliko bitnih sklopova s ​​pristranošću. Da bi BJT bio pristran unutar linearnog ili efektivnog radnog područja, moraju biti zadovoljene sljedeće točke:

1. Spoj baza-emiter trebao bi biti pristran (napon p-regije jako pozitivan), omogućujući napon prednapona od oko 0,6 do 0,7 V.

2. Spoj baza-kolektor mora biti unaprijed pristran (n-područje jako pozitivno), s naponom obrnutog prednapona koji ostaje na nekoj vrijednosti unutar maksimalnih granica BJT.

[Imajte na umu da će za naprijed-pristranski napon na p-n spoju biti str -pozitivan, a za obrnutu pristranost obrnuto je imajući n -pozitivan. Ovaj fokus na prvo slovo trebao bi vam omogućiti da lako zapamtite bitni polaritet napona.]

Rad u graničnom, zasićenom i linearnom području BJT karakteristike obično se prikazuje kako je objašnjeno u nastavku:

1. Rad u linearnoj regiji:

Spoj baze i emitera naprijed pristran

Spoj baze i kolektora obrnuto pristran

dva. Operacija isjecanja:

Obrnuto pristran spoj čvorišta i odašiljača

3. Rad regije zasićenja:

Spoj baze i emitera naprijed pristran

Spoj baze i kolektora naprijed pristran

4.3 KOLO S FIKSNOM BIASOM

Krug s fiksnom pristranosti na slici 4.2 dizajniran je s prilično jednostavnim i nekompliciranim pregledom tranzistora dc analize pristranosti.

Iako mreža implementira NPN tranzistor, formule i izračuni mogli bi raditi jednako učinkovito s postavkom PNP tranzistora jednostavnim ponovnim konfiguriranjem trenutnih putova protoka i polariteta napona.

Trenutni smjerovi na slici 4.2 stvarni su trenutni smjerovi, a naponi se identificiraju univerzalnim dvostrukim oznakama.

Za jednosmjernu analizu dizajn se može odvojiti od spomenutih razina izmjeničnog napona jednostavno zamjenom kondenzatora s ekvivalentom otvorenog kruga.

Štoviše, VCC napajanja istosmjernom strujom mogao bi se podijeliti na nekoliko zasebnih napajanja (samo za provođenje procjene), kako je dokazano na slici 4.3, samo kako bi se omogućio prekid ulaznih i izlaznih krugova.

To čini minimaliziranje veze između njih dvoje i bazne struje IB. Rastanak je nedvojbeno legitiman, kao što je prikazano na slici 4.3., Gdje je VCC spojen ravno na RB i RC, baš kao na slici 4.2.

krug BJT s fiksnom pristranosti

Naprijed pristranost baze-emitera

Naprijed pristranost baze-emitera

Prvo analizirajmo petlju kruga osnovni emiter prikazanu gore na slici 4.4. Ako implementiramo Kirchhoffovu jednadžbu napona u smjeru kazaljke na satu za petlju, izvodimo sljedeću jednadžbu:

Možemo vidjeti da je polaritet pada napona na RB određen kroz smjer struje IB. Rješavanje jednadžbe za trenutni IB daje nam sljedeći rezultat:

Jednadžba (4.4)

Jednadžba (4.4) je definitivno jednadžba koja se lako može zapamtiti, jednostavno sjećajući se da osnovna struja ovdje postaje struja koja prolazi kroz RB i primjenjujući Ohmov zakon prema kojem je struja jednaka naponu na RB podijeljenom s otporom RB .

Napon na RB je primijenjeni napon VCC na jednom kraju umanjen za pad na spoju baza-emiter (VBE).
Također, s obzirom na činjenicu da su opskrbni VCC i napon emiter baze VBE fiksne veličine, odabir otpornika RB na bazi utvrđuje količinu bazne struje za preklopnu razinu.

Petlja kolektor-emiter

Petlja kolektor-emiter

Na slici 4.5 prikazan je stupanj kruga kolektorskog emitora, gdje su prikazani smjer trenutne IC i odgovarajući polaritet na RC.
Vrijednost kolektorske struje može se vidjeti izravno povezana s IB kroz jednadžbu:

Jednadžba (4.5)

Možda će vam biti zanimljivo vidjeti da budući da bazna struja ovisi o količinama RB, a IC je povezan s IB konstantom β, veličina IC nije funkcija otpora RC.

Prilagođavanje RC nekoj drugoj vrijednosti neće proizvesti nikakav učinak na razinu IB ili čak IC, sve dok se održava aktivno područje BJT.
Usprkos tome, vidjet ćete da veličinu VCE određuje razina RC-a, a to bi moglo biti presudno za uzeti u obzir.

Ako upotrijebimo Kirchhoffov zakon napona u smjeru kazaljke na satu preko prikazane zatvorene petlje na slici 4.5, on daje sljedeće dvije jednadžbe:

Jednadžba (4.6)

To ukazuje da je napon na kolektorskom emiteru BJT unutar fiksnog kruga pristranosti opskrbni napon ekvivalentan padu formiranom na RC
Da biste na brzinu pogledali jednoznačni i dvostruki zapis indeksa podsjetite se na sljedeće:

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

gdje VCE označava napon koji teče od kolektora do emitora, VC i VE su naponi koji prolaze od kolektora i emitora prema tlu. Ali ovdje, budući da je VE = 0 V, imamo

VCE = VC -------- (4.8)
Također zato što imamo,
VBE = VB - I -------- (4.9)
a budući da je VE = 0, napokon dobivamo:
VBE = VB -------- (4.10)

Molimo upamtite sljedeće točke:

Tijekom mjerenja razina napona poput VCE, obavezno stavite crvenu sondu voltmetra na zatik kolektora, a crnu sondu na zavoj emitora, kao što je prikazano na sljedećoj slici.

VC označava napon koji prolazi od kolektora na masu i njegov postupak mjerenja je također naveden na sljedećoj slici.

U ovom će slučaju oba gornja očitanja biti slična, ali za različite mreže krugova mogla bi pokazati različite rezultate.

To implicira da bi se ta razlika u očitanjima između dva mjerenja mogla pokazati presudnom tijekom dijagnosticiranja mogućeg kvara u BJT mreži.

mjerenje VCE i VC u BJT mreži

Rješavanje praktičnog primjera pristranosti BJT

Procijenite sljedeće za konfiguraciju s fiksnom pristranosti na slici 4.7.

Dano:
(a) IBQ i ICQ.
(b) VCEQ.
(c) VB i VC.
(d) VBC.

rješavanje problema pristranosti istosmjerne struje

U sljedećem ćemo poglavlju učiti o Zasićenost BJT.

Referenca

Prednaponavanje tranzistora




Prethodno: Krug upravljačkog sklopa logičke sekvence GORE DOLJE Dalje: Što je tranzistorsko zasićenje