Spenningsdeler Bias i BJT-kretser - Mer stabilitet uten beta-faktor

Prøv Instrumentet Vårt For Å Eliminere Problemer





Forspenning av terminalene til en bipolar transistor ved bruk av et beregnet resistivt delernettverk for å sikre optimal ytelse og bytterespons kalles spenningsdelerforspenning.

I tidligere bias design at vi lærte skjevhetsstrømmen jeg CQ og spenning V. CEQ var en funksjon av den nåværende forsterkningen (β) av BJT.



Men som vi vet at β kan være sårbar for temperaturendringer, spesielt for silisiumtransistorer, og at den virkelige verdien av beta ofte ikke blir riktig identifisert, kan det være tilrådelig å utvikle en spenningsdelerforstyrrelse i BJT-krets som kan være mindre utsatt for temperaturer, eller ganske enkelt uavhengig av BJT beta selv.

spenningsdelerkonfigurasjon i BJT

Spenningsdelerforspenningsarrangementet i figur 4.25 kan betraktes som en av disse designene.



Når undersøkt med en nøyaktig grunnlag følsomheten for variasjoner i beta ser veldig beskjeden ut. Hvis kretsvariablene er riktig utarbeidet, vil nivåene av jeg CQ og V CEQ kan være praktisk talt helt uavhengig av beta.

Husk fra tidligere forklaringer at et Q-punkt er karakterisert med et fast nivå av ICQ og VCEQ som vist i figur 4.26.

Graden av jeg BQ kan endres avhengig av variasjonene i beta, men operasjonspunktet rundt egenskapene identifisert av I CQ og V CEQ kan lett forbli uendret hvis passende kretsretningslinjer brukes.

Som nevnt ovenfor, vil du finne et par tilnærminger som kan brukes til å undersøke spenningsdeleroppsettet.

Årsaken bak valget av spesifikke navn for denne kretsen vil bli tydelig under analysen vår, og vil bli diskutert i fremtidige innlegg.

Den aller første er nøyaktig teknikk som kan utføres på ethvert spenningsdeleroppsett.

Den andre kalles omtrentlig metode, og implementeringen av den blir gjennomførbar når visse faktorer er oppfylt. De omtrentlig tilnærming muliggjør en langt mer direkte analyse med minimal innsats og tid.

I tillegg kan dette være veldig nyttig for 'designmodus' som vi vil snakke om i de senere avsnittene.
I det store og hele siden 'tilnærmet tilnærming' kunne jobbes med de fleste forhold og må derfor vurderes med samme oppmerksomhetsnivå som 'nøyaktig metode'.

Nøyaktig analyse

La oss lære hvordan metoden for nøyaktig analyse kan implementeres med følgende forklaring

Med henvisning til følgende figur kan inngangssiden av nettverket reproduseres som vist i figur 4.27 for likestrømsanalysen.

De Thévenin-ekvivalent nettverk for design på venstre side av BJT-basen B kan deretter bestemmes på en måte som illustrert nedenfor:

Thévenin-ekvivalent for BJT-spenningsdelernettverk

RTh : Inngangsforsyningspunktene erstattes av en tilsvarende kortslutning som vist i figur 4.28 nedenfor.



ETh: Forsyningsspenningskilden V DC blir påført tilbake til kretsen, og den åpne kretsen Thévenin-spenningen som vist i figur 4.29 nedenfor blir evaluert som gitt nedenfor:

Implementering av spenningsdelerregelen kommer vi til følgende ligning:

Deretter vurderer vi jeg ved å gjenskape Thévenin-designen som illustrert i figur 4.30 BQ ved først å bruke Kirchhoffs spenningslov med urviseren for sløyfen:

ETh - IBRTh - VBE - IERE = 0

Som vi vet IE = (β + 1) B Erstatte den i ovennevnte sløyfe og løse for jeg B gir:

Ligning. 4.30

Ved første øyekast kan du føle ekv. (4.30) ser ganske annerledes ut enn de andre ligningene som er utviklet så langt, men en nærmere titt vil vise at telleren bare er en forskjell på to voltnivåer, mens nevneren er resultatet av basemotstand + emittermotstand, som gjenspeiles av (β + 1) og er uten tvil veldig lik Eq. (4.17) ( Base Emitter Loop )

Når IB er beregnet gjennom ovenstående ligning, kan resten av størrelsene i designet identifiseres ved hjelp av samme metode som vi gjorde for emitter-bias-nettverket, som vist nedenfor:

Ligning (4.31)

Løse et praktisk eksempel (4.7)
Beregn DC-forspenningen V DETTE og det nåværende jeg C i det nedenfor viste spenningsdelernettverket Fig. 4.31

Figur 4.31 Betastabilisert krets for eksempel 4.7.

Omtrentlig analyse

I avsnittet ovenfor lærte vi den 'nøyaktige metoden', her vil vi diskutere den 'tilnærmet metoden' for å analysere spenningsdeleren til en BJT-krets.

Vi kan tegne inngangstrinnet til et BJT-basert spenningsdeler-nettverk som vist i figur 4.32 nedenfor.

Motstanden Ri kan betraktes som motstandsekvivalenten mellom kretsens base og jordlinje, og RE som motstand mellom emitter og jord.

Fra våre tidligere diskusjoner [lik. (4.18)] vi vet at motstanden reprodusert eller reflektert mellom basen / emitteren til BJT blir forklart av ligningen Ri = (β + 1) RE.

Hvis vi vurderer en situasjon der Ri er betydelig større enn motstanden R2, vil det resultere i IB relativt mindre enn I2 (husk at strøm alltid prøver å finne og bevege seg i retning av minimum motstand), og dermed vil I2 bli omtrent lik I1.

Tatt i betraktning at den omtrentlige verdien av IB er i det vesentlige null i forhold til I1 eller I2, så kan I1 = I2 og R1 og R2 betraktes som serieelementer.

Figur 4.32 Delvis forspenningskrets for beregning av den omtrentlige basespenningen V B .

Spenningen over R2, som opprinnelig ville være basisspenningen, kunne evalueres som vist nedenfor ved å bruke spenningsdelerregelnettverket:

Nå siden Ri = (β + 1) RE ≅ b RE, vilkåret som bekrefter om gjennomføringen av den omtrentlige metoden er mulig eller ikke, avgjøres av ligningen:

Enkelt sagt, hvis verdien RE ganger verdien av β, ikke er mindre enn 10 ganger verdien av R2, kan det være lov å implementere den omtrentlige analysen med optimal presisjon

Etter at VB er evaluert, kan VE-størrelsen bestemmes av ligningen:

mens emitterstrømmen kan beregnes ved å bruke formelen:


Spenningen fra kollektor til emitter kan identifiseres ved å bruke følgende formel:

VCE = VCC - ICRC - IERE

Men siden IE, IC, vi kommer til følgende ligning:

Det skal bemerkes at i rekken av beregninger som vi laget fra likn. (4.33) gjennom likn. (4.37) ,, elementet β har ingen tilstedeværelse hvor som helst, og IB er ikke beregnet.

Dette innebærer at Q-punktet (som etablert av I CQ og V CEQ ) som et resultat ikke er avhengig av verdien av β
Praktisk eksempel (4.8):

La oss bruke analysen på vår tidligere Figur 4.31 , ved hjelp av omtrentlig tilnærming, og sammenligne løsninger for ICQ og VCEQ.

Her observerer vi at nivået på VB er identisk med nivået til ETh, som evaluert i vårt forrige eksempel 4.7. Hva det egentlig betyr, er at forskjellen mellom tilnærmet analyse og nøyaktig analyse påvirkes av RTh, som er ansvarlig for å skille ETh og VB i den nøyaktige analysen.

Går videre,

Neste eksempel 4.9

La oss utføre den nøyaktige analysen av eksempel 4.7 hvis β reduseres til 70, og finne ut forskjellen mellom løsningene for ICQ og VCEQ.

Løsning
Dette eksemplet kan ikke tas som en sammenligning mellom nøyaktige versus tilnærmede strategier, heller bare for å teste graden Q-punkt kan bevege seg i tilfelle størrelsen på β reduseres med 50%. RTh og ETh er gitt som det samme:

Å ordne resultatene i tabellform gir oss følgende:


Fra tabellen ovenfor kan vi tydelig finne ut at kretsen ikke responderer på endringen i β-nivåer. Til tross for at β-størrelsen er betydelig redusert med 50%, fra verdien 140 til 70, selv om verdiene til ICQ og VCEQ i utgangspunktet er de samme.

Neste eksempel 4.10

Evaluer nivåene av jeg CQ og V CEQ for spenningsdelernettverket som vist i figur 4.33 ved å bruke nøyaktig og tilnærmet nærmer seg og sammenligner de resulterende løsningene.

Evaluer nivåene av ICQ og VCEQ for spenningsdeler nettverket

I dette scenariet er forholdene gitt i lik. (4.33) er kanskje ikke oppfylt, men svarene kan hjelpe oss med å identifisere forskjellen i løsningen med forholdene i ligning. (4.33) blir ikke tatt i betraktning.
Figur 4.33 Spenningsdeler nettverk for eksempel 4.10.

Spenningsdeler Løsning ved bruk av nøyaktig analyse

Løsning ved hjelp av nøyaktig analyse:

Løsning ved hjelp av omtrentlig analyse:


Fra evalueringene ovenfor er vi i stand til å se forskjellen mellom resultatene oppnådd fra nøyaktige og omtrentlige metoder.

Resultatene avslører at jeg CQ er rundt 30% høyere for den omtrentlige metoden, mens V CEQ er 10% lavere. Selv om resultatene ikke er helt identiske, med tanke på det faktum at βRE bare er 3 ganger større enn R2, er resultatene faktisk heller ikke for brede.

Sa at vi for vår fremtidige analyse hovedsakelig vil stole på Eq. (4.33) for å sikre maksimal likhet mellom de to analysene.




Forrige: Emitter-stabilisert BJT Bias Circuit Neste: Bipolar Junction Transistor (BJT) - konstruksjons- og driftsdetaljer