Biasing DC în tranzistoare - BJT

Încercați Instrumentul Nostru Pentru Eliminarea Problemelor





În termeni simpli, polarizarea în BJT poate fi definită ca un proces în care un BJT este activat sau pornit prin aplicarea unei magnitudini mai mici de curent continuu pe terminalele sale de bază / emițător, astfel încât să poată conduce o magnitudine relativ mai mare de curent continuu în terminalele emițătorului colector.

Funcționarea unui tranzistor bipolar sau a BJT-urilor la niveluri de curent continuu este guvernată de mai mulți factori, care includ o gamă de puncte de operare peste caracteristicile dispozitivelor.



În secțiunea 4.2 explicată în acest articol vom verifica detaliile referitoare la această gamă de puncte de operare pentru amplificatoare BJT. Odată calculate sursele de curent continuu specificate, se poate crea un proiect de circuit pentru determinarea punctului de funcționare necesar.

O varietate de astfel de configurații sunt examinate în acest articol. Fiecare model discutat va identifica în plus stabilitatea abordării, adică exact cât de sensibil ar putea fi sistemul la un parametru dat.



Deși numeroase rețele sunt examinate în această secțiune, ele au o asemănare fundamentală între evaluările fiecărei configurații, datorită următoarei utilizări repetate a relației fundamentale cruciale:

În majoritatea situațiilor, curentul de bază IB se întâmplă să fie prima cantitate care trebuie stabilită. Odată ce IB este identificat, relațiile ecuațiilor. (4.1) prin intermediul (4.3) ar putea fi implementat pentru a obține restul cantităților în cauză.

Asemănările din evaluări vor fi rapid evidente pe măsură ce avansăm cu secțiunile următoare.

Ecuațiile pentru IB sunt atât de identice pentru multe dintre modele încât o formulă ar putea fi derivată din cealaltă prin simpla eliminare sau inserare a unui element sau a două.

Obiectivul principal al acestui capitol este de a stabili un grad de înțelegere a tranzistorului BJT care vă va permite să implementați o analiză de curent continuu a oricărui circuit care are ca element amplificatorul BJT.

4.2 PUNCTUL DE FUNCȚIONARE

Cuvantul părtinitoare care apare în titlul acestui articol este un termen aprofundat care semnifică implementarea tensiunilor de curent continuu și pentru a determina un nivel fix de curent și tensiune în BJT.

Pentru amplificatoarele BJT, curentul și tensiunea de curent continuu rezultate creează un punctul de operare asupra caracteristicilor care stabilesc regiunea care devine ideală pentru amplificarea necesară a semnalului aplicat. Deoarece punctul de operare se întâmplă să fie un punct prestabilit asupra caracteristicilor, acesta poate fi denumit și punct de repaus (prescurtat ca punct Q).

Prin „definiție” se înțelege prin definiție liniște, liniște, sedentarism. Figura 4.1 prezintă o caracteristică de ieșire standard a unui BJT având 4 puncte de operare . Circuitul de polarizare ar putea fi dezvoltat pentru a stabili BJT peste unul dintre aceste puncte sau altele din interiorul regiunii active.

Valorile maxime sunt indicate pe caracteristicile din Fig. 4.1 printr-o linie orizontală pentru cel mai mare curent de colector ICmax și o linie perpendiculară pe cea mai mare tensiune colector-emițător VCEmax.

Limita de putere maximă este identificată din curba PCmax în aceeași figură. În capătul inferior al graficului putem vedea regiunea de tăiere, identificată prin IB ≤ 0μ, și regiunea de saturație, identificată prin VCE ≤ VCEsat.

Unitatea BJT ar putea fi influențată în afara acestor limite maxime indicate, dar consecința unui astfel de proces ar avea ca rezultat deteriorarea semnificativă a duratei de viață a dispozitivului sau defectarea totală a dispozitivului.

Restricționând valorile între regiunea activă indicată, se poate alege o varietate de zone sau puncte de operare . Punctul Q selectat depinde de obicei de specificația intenționată a circuitului.

Cu toate acestea, cu siguranță putem lua în considerare câteva distincții între numărul de puncte ilustrate în Fig. 4.1 pentru a oferi câteva recomandări fundamentale cu privire la punctul de operare și, prin urmare, circuitul de părtinire.

Dacă nu s-ar aplica nicio părtinire, dispozitivul ar rămâne la început complet oprit, determinând un punct Q să fie la A - adică curent zero prin intermediul dispozitivului (și 0V peste el). Deoarece este esențial să influențăm un BJT pentru a-i permite să reacționeze pentru întreaga gamă a unui semnal de intrare dat, punctul A ar putea să nu pară adecvat.

Pentru punctul B, atunci când un semnal este conectat la circuit, dispozitivul va arăta o variație a curentului și a tensiunii prin intermediul punctul de operare , permițând dispozitivului să răspundă (și poate să amplifice) atât aplicațiile pozitive, cât și cele negative ale semnalului de intrare.

Când semnalul de intrare este utilizat în mod optim, tensiunea și curentul BJT se vor schimba probabil ... totuși este posibil să nu fie suficient de suficient pentru a activa dispozitivul în întrerupere sau saturație.

Punctul C ar putea ajuta la anumite deviații pozitive și negative ale semnalului de ieșire, dar magnitudinea vârf-la-vârf ar putea fi limitată la proximitatea VCE = 0V / IC = 0 mA.

Lucrul la punctul C poate provoca, de asemenea, puține îngrijorări în ceea ce privește neliniaritățile datorită faptului că decalajul dintre curbele IB se poate modifica rapid în această zonă specială.

În general, este mult mai bine să operați dispozitivul în care câștigul dispozitivului este destul de consistent (sau liniar), pentru a garanta că amplificarea pe oscilația generală a semnalului de intrare rămâne uniformă.

Punctul B este o regiune care prezintă o distanță liniară mai mare și, din acest motiv, o activitate liniară mai mare, așa cum se indică în Fig. 4.1.

Punctul D stabilește dispozitivul punctul de operare aproape de cele mai mari niveluri de tensiune și putere. Pivotarea tensiunii de ieșire la limita pozitivă este astfel restricționată atunci când tensiunea maximă nu trebuie depășită.

Prin urmare, punctul B arată perfect punctul de operare în ceea ce privește câștigul liniar și cele mai mari variații de tensiune și curent posibile.

Vom descrie acest lucru în mod ideal pentru amplificatoarele cu semnal mic (capitolul 8), însă nu întotdeauna pentru amplificatoarele de putere, ... despre asta vom vorbi mai târziu.

În cadrul acestui discurs, mă voi concentra în principal pe polarizarea tranzistorului în ceea ce privește funcția de amplificare a semnalului mic.

Există un alt factor de părtinire extrem de crucial care trebuie luat în considerare. După ce a determinat și părtinit BJT cu un ideal punctul de operare , efectele temperaturii ar trebui, de asemenea, evaluate.

Intervalul de căldură va face ca limitele dispozitivului, cum ar fi câștigul curentului tranzistorului (ac) și curentul de scurgere a tranzistorului (ICEO) să devieze. Creșterea intervalelor de temperatură va provoca curenți de scurgere mai mari în BJT și, prin urmare, va modifica specificațiile de funcționare stabilite de rețeaua de polarizare.

Acest lucru implică faptul că modelul de rețea trebuie să faciliteze, de asemenea, un nivel de stabilitate a temperaturii pentru a se asigura că impactul variațiilor de temperatură este cu schimbări minime în punctul de operare . Această menținere a punctului de funcționare ar putea fi stipulată cu un factor de stabilitate, S, care semnifică nivelul abaterilor în punctul de funcționare cauzate de o schimbare de temperatură.

Este recomandabil un circuit stabilizat optim, iar caracteristica stabilă a mai multor circuite esențiale de polarizare va fi evaluată aici. Pentru ca BJT să fie influențat în interiorul regiunii de operare liniare sau eficiente, trebuie îndeplinite următoarele puncte date:

1. Joncțiunea bază-emițător ar trebui să fie polarizată înainte (tensiunea regiunii p puternic pozitivă), permițând o tensiune de polarizare directă de aproximativ 0,6 până la 0,7 V.

2. Joncțiunea bază-colector trebuie să fie inversată (regiunea n puternic pozitivă), tensiunea de polarizare inversă rămânând la o anumită valoare în limitele maxime ale BJT.

[Amintiți-vă că pentru polarizarea directă, tensiunea pe joncțiunea p-n va fi p -pozițional, iar pentru polarizarea inversă este inversat având n -pozitiv. Această concentrare asupra primei litere ar trebui să vă ofere o modalitate de a vă aminti cu ușurință polaritatea esențială a tensiunii.]

Operațiunea în zonele de tăiere, saturație și liniare ale caracteristicii BJT sunt prezentate de obicei așa cum se explică mai jos:

1. Funcționarea regiunii liniare:

Joncțiunea bază-emițător înclinată înainte

Joncțiunea bază-colector polarizată invers

Două. Funcționarea regiunii de tăiere:

Joncțiunea bază-emițător inversată

3. Funcționarea regiunii de saturație:

Joncțiunea bază-emițător înclinată înainte

Joncțiunea bază-colector înainte orientată

4.3 CIRCUITUL BIAS FIX

Circuitul cu polarizare fixă ​​din Fig. 4.2 este proiectat cu o imagine de ansamblu destul de simplă și necomplicată a analizei polarizării dc a tranzistorului.

Deși rețeaua implementează un tranzistor NPN, formulele și calculele ar putea funcționa la fel de eficient cu o configurare a tranzistorului PNP pur și simplu prin reconfigurarea căilor de curent de curent și a polarităților de tensiune.

Direcțiile curente din Fig. 4.2 sunt direcțiile curente autentice, iar tensiunile sunt identificate prin adnotările universale cu dublu indice.

Pentru analiza de curent continuu, proiectarea poate fi separată de nivelurile de CA menționate pur și simplu prin schimbarea condensatorilor cu un circuit deschis echivalent.

Mai mult, sursa de curent continuu VCC ar putea fi împărțită în câteva surse separate (numai pentru efectuarea evaluării), așa cum s-a dovedit în Fig. 4.3 doar pentru a permite o rupere a circuitelor de intrare și ieșire.

Ceea ce face este să minimizeze legătura dintre cele două cu curentul de bază IB. Despărțirea este fără îndoială legitimă, așa cum se arată în Fig. 4.3 unde VCC este conectat direct la RB și RC la fel ca în Fig. 4.2.

bias fix circuit BJT

Distorsiune directă a emițătorului de bază

Distorsiune directă a emițătorului de bază

Să analizăm mai întâi bucla circuitului de bază-emițător prezentată mai sus în Fig. 4.4. Dacă implementăm ecuația de tensiune a lui Kirchhoff în sensul acelor de ceasornic pentru buclă, obținem următoarea ecuație:

Putem vedea că polaritatea căderii de tensiune pe RB este determinată prin direcția curentului IB. Rezolvarea ecuației pentru IB curent ne oferă următorul rezultat:

Ecuația (4.4)

Ecuația (4.4) este cu siguranță o ecuație care poate fi memorată cu ușurință, pur și simplu prin amintirea că curentul de bază aici devine curentul care trece prin RB și prin aplicarea legii lui Ohm conform căreia curentul este egal cu tensiunea din RB împărțită la rezistența RB .

Tensiunea pe RB este tensiunea aplicată VCC la un capăt mai puțin căderea peste joncțiunea de la bază la emițător (VBE).
De asemenea, datorită faptului că alimentarea VCC și tensiunea de bază a emițătorului VBE sunt cantități fixe, alegerea rezistorului RB la bază stabilește cantitatea de curent de bază pentru nivelul de comutare.

Buclă colector-emițător

Buclă colector-emițător

Figura 4.5 arată etapa circuitului emițătorului colector, unde au fost prezentate direcția curentului IC și polaritatea corespunzătoare între RC.
Valoarea curentului colector poate fi văzută a fi direct legată de IB prin intermediul ecuației:

Ecuația (4.5)

S-ar putea să vă fie interesant să vedeți că, deoarece curentul de bază este dependent de cantitățile de RB, iar IC este legat de IB printr-o constantă β, magnitudinea IC nu este o funcție a rezistenței RC.

Ajustarea RC la o altă valoare nu va produce niciun efect asupra nivelului IB sau chiar al IC, atâta timp cât regiunea activă a BJT este menținută.
Acestea fiind spuse, veți găsi că magnitudinea VCE este determinată de nivelul RC și acest lucru poate fi un lucru crucial de luat în considerare.

Dacă folosim legea tensiunii lui Kirchhoff în sensul acelor de ceasornic în bucla închisă prezentată în fig 4.5, aceasta produce următoarele două ecuații:

Ecuația (4.6)

Acest lucru indică faptul că tensiunea pe emițătorul colector al BJT într-un circuit de polarizare fixă ​​este tensiunea de alimentare echivalentă cu căderea formată pe RC
Pentru a avea o privire rapidă a notării cu un singur și dublu indice amintiți-vă că:

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

unde VCE indică tensiunea care curge de la colector la emițător, VC și VE sunt tensiunile care trec de la colector și respectiv emițător la sol. Dar aici, din moment ce VE = 0 V, avem

VCE = VC -------- (4.8)
De asemenea, pentru că avem,
VBE = VB - ȘI -------- (4.9)
și pentru că VE = 0, obținem în cele din urmă:
VBE = VB -------- (4.10)

Vă rugăm să rețineți următoarele puncte:

În timp ce măsurați nivelurile de tensiune, cum ar fi VCE, asigurați-vă că puneți sonda roșie a voltmetrului pe pinul colector și sonda neagră pe pinul emițătorului, așa cum se arată în figura următoare.

VC înseamnă tensiunea care trece de la colector la masă și procedura de măsurare a acestuia este, de asemenea, cea prezentată în figura următoare.

În cazul de față, ambele citiri de mai sus vor fi similare, dar pentru diferite rețele de circuite ar putea avea rezultate diferite.

Acest lucru implică faptul că această diferență în citirile dintre cele două măsurători s-ar putea dovedi crucială în timp ce diagnosticați o posibilă defecțiune într-o rețea BJT.

măsurarea VCE și VC în rețeaua BJT

Rezolvarea unui exemplu practic de polarizare BJT

Evaluați următoarele pentru configurația cu polarizare fixă ​​din Fig. 4.7.

Dat:
(a) IBQ și ICQ.
(b) VCEQ.
(c) VB și VC.
(d) VBC.

rezolvarea problemei de polarizare DC

În capitolul următor vom afla despre BJT Saturation.

Referinţă

Poluarea tranzistorului




Precedent: Circuitul controllerului de secvență logică UP DOWN Următorul: Ce este saturația tranzistorului