Tendința divizorului de tensiune în circuitele BJT - Mai multă stabilitate fără factor beta

Poluarea terminalelor unui tranzistor bipolar utilizând o rețea divizorie rezistivă calculată pentru a asigura o performanță optimă și răspunsul de comutare se numește polarizare divizor de tensiune.

În modele de părtinire anterioare că am învățat curentul de părtinire I CQ și tensiunea V CEQ au fost o funcție a câștigului curent (β) al BJT.

Dar, după cum știm că β poate fi vulnerabilă la schimbările de temperatură, în special pentru tranzistoarele de siliciu, și, de asemenea, adevărata valoare a beta nu este adesea identificată corect, ar putea fi recomandabil să se dezvolte o polarizare a tensiunii-divizor în circuitul BJT care poate fi mai mică predispuse la temperaturi sau, pur și simplu, independente de BJT beta în sine.

Aranjamentul de polarizare a divizorului de tensiune din Fig. 4.25 poate fi considerat unul dintre aceste modele.

Când este examinat cu un baza exactă susceptibilitatea la variații de beta pare foarte modestă. Dacă variabilele circuitului sunt elaborate corespunzător, nivelurile de I CQ și V CEQ ar putea fi practic complet independent de beta.

Amintiți-vă din explicațiile anterioare că un punct Q este caracterizat cu un nivel fix de ICQ și VCEQ, așa cum este demonstrat în Fig. 4.26.

Gradul de I BQ se poate modifica în funcție de variațiile beta, dar punctul de operare în jurul caracteristicilor identificate de I CQ și V CEQ poate rămâne ușor neschimbată dacă se aplică liniile directoare corespunzătoare circuitului

După cum sa menționat mai sus, veți găsi câteva abordări care pot fi utilizate pentru a investiga configurarea divizorului de tensiune.

Motivul din spatele selectării numelor specifice pentru acest circuit va deveni evident în timpul analizei noastre și va fi discutat în postările viitoare.

Primul este tehnica exacta care poate fi efectuat pe orice setare de divizor de tensiune.

Al doilea se numește metoda aproximativa, iar implementarea sa devine fezabilă atunci când se îndeplinesc anumiți factori. abordare aproximativă permite o analiză mult mai directă cu efort și timp minim.

În plus, acest lucru poate fi foarte util pentru „modul de proiectare” despre care vom vorbi în secțiunile ulterioare.
În general, din moment ce „abordare aproximativă” ar putea fi lucrat cu majoritatea condițiilor și astfel trebuie evaluat cu același nivel de atenție ca „metoda exactă”.

Analiza exactă

Să învățăm cum este metoda analiza exactă poate fi implementat cu următoarea explicație

Referindu-ne la următoarea figură, partea de intrare a rețelei ar putea fi reprodusă așa cum este prezentat în Fig. 4.27 pentru analiza de curent continuu.

Echivalentul Thévenin rețeaua pentru proiectarea din partea stângă a bazei BJT B, atunci poate fi determinată într-un mod așa cum se ilustrează mai jos:

RTh : Punctele de alimentare de intrare sunt înlocuite cu un scurtcircuit echivalent așa cum se arată în Fig. 4.28 de mai jos.

ETh: Sursa de tensiune de alimentare V DC se aplică înapoi la circuit și tensiunea Thévenin în circuit deschis așa cum apare în Fig. 4.29 de mai jos este evaluată după cum este prezentat mai jos:

Implementând regula divizorului de tensiune ajungem la următoarea ecuație:

Apoi, recreând designul Thévenin așa cum este ilustrat în figura 4.30, evaluăm I BQ aplicând mai întâi legea tensiunii lui Kirchhoff în sensul acelor de ceasornic pentru buclă:

ETh - IBRTh - VBE - IERE = 0

După cum știm IE = (β + 1) B Înlocuindu-l în bucla de mai sus și rezolvând I B dă:

Ecuaţie. 4.30

La prima vedere s-ar putea să simțiți ech. (4.30) arată destul de diferit de celelalte ecuații dezvoltate până acum, totuși o privire mai atentă va arăta că numeratorul este doar o diferență de două nivele de volt, în timp ce numitorul este rezultatul rezistenței de bază + rezistorului emițătorului, care se reflectă de (β + 1) și este fără îndoială foarte asemănător cu ecuația. (4.17) ( Bucla emițător de bază )

Odată ce IB este calculat prin ecuația de mai sus, restul mărimilor din proiectare ar putea fi identificate prin aceeași metodă ca și în cazul rețelei emițător-polarizare, așa cum se arată mai jos:

Ecuația (4.31)

Rezolvarea unui exemplu practic (4.7)
Calculați tensiunea de polarizare continuă V ACEST iar actualul I C în rețeaua de divizare a tensiunii de mai jos Fig. 4.31

Figura 4.31 Circuit beta-stabilizat pentru exemplul 4.7.

Analiză aproximativă

În secțiunea de mai sus am aflat „metoda exactă”, aici vom discuta despre „metoda aproximativă” de analiză a divizorului de tensiune al unui circuit BJT.

Putem desena stadiul de intrare al unei rețele de divizare a tensiunii bazate pe BJT așa cum se arată în figura 4.32 de mai jos.

Rezistența Ri poate fi considerată ca fiind rezistența echivalentă între baza și linia de masă a circuitului și RE ca rezistența dintre emițător și masă.

Din discuțiile noastre anterioare [Ec. (4.18)] știm că rezistența reprodusă sau reflectată între baza / emițătorul BJT este expusă prin ecuație Ri = (β + 1) RE.

Dacă luăm în considerare o situație în care Ri este considerabil mai mare decât rezistența R2, va rezulta IB relativ mai mic decât I2 (amintiți-vă că curentul încearcă întotdeauna să găsească și să se deplaseze în direcția rezistenței minime) și astfel I2 se va transforma aproximativ egal cu I1.

Considerând valoarea aproximativă a IB ca fiind în esență zero în raport cu I1 sau I2, atunci I1 = I2 și R1 și R2 ar putea fi considerate elemente de serie.

Figura 4.32 Circuit cu polarizare parțială pentru calcularea tensiunii de bază aproximative V B .

Tensiunea pe R2, care inițial ar fi tensiunea de bază, ar putea fi evaluată așa cum se arată mai jos, prin aplicarea rețelei de reguli de divizare a tensiunii:

Acum de atunci Ri = (β + 1) RE ≅ b RE, condiția care confirmă dacă executarea metodei aproximative este fezabilă sau nu este decisă de ecuație:

Pur și simplu, dacă valoarea RE este mai mare decât valoarea lui β, nu este mai mică de 10 ori valoarea lui R2, atunci se poate permite implementarea analizei aproximative cu o precizie optimă

După evaluarea VB, magnitudinea VE ar putea fi determinată de ecuația:

în timp ce curentul emițătorului ar putea fi calculat prin aplicarea formulei:

Tensiunea de la colector la emițător poate fi identificată utilizând următoarea formulă:

VCE = VCC - ICRC - IERE

Cu toate acestea din moment ce IE ≅ IC, ajungem la următoarea ecuație:

Trebuie remarcat faptul că în seria de calcule pe care am făcut-o din ecuație. (4.33) prin ec. (4.37) ,, elementul β nu are prezență nicăieri și IB nu a fost calculat.

Aceasta implică faptul că punctul Q (așa cum este stabilit de I CQ și V CEQ ) ca urmare nu depinde de valoarea lui β
Exemplu practic (4.8):

Să aplicăm analiza pe cea anterioară Figura 4.31 , folosind o abordare aproximativă și compară soluții pentru ICQ și VCEQ.

Aici observăm că nivelul VB este identic cu cel al ETh, așa cum a fost evaluat în exemplul nostru anterior 4.7. Ceea ce înseamnă, în esență, că diferența dintre analiza aproximativă și analiza exactă este influențată de RTh, care este responsabil pentru separarea ETh și VB în analiza exactă.

Mergi mai departe,

Următorul exemplu 4.9

Să efectuăm analiza exactă a Exemplului 4.7 dacă β este redus la 70 și să aflăm diferența dintre soluțiile pentru ICQ și VCEQ.

Soluţie
Acest exemplu nu poate fi luat ca o comparație între strategii exacte și aproximative, mai degrabă doar pentru testarea gradului la care se poate deplasa punctul Q în cazul în care magnitudinea β este redusă cu 50%. RTh și ETh sunt date la fel:

Aranjarea rezultatelor într-o formă tabelară ne oferă următoarele:

Din tabelul de mai sus ne putem da seama în mod distinct că circuitul nu răspunde relativ la schimbarea nivelurilor β. În ciuda faptului că magnitudinea β a fost redusă semnificativ cu 50%, de la valoarea de 140 la 70, deși valorile ICQ și VCEQ sunt practic aceleași.

Următorul exemplu 4.10

Evaluează nivelurile de I CQ și V CEQ pentru rețeaua de divizare a tensiunii așa cum se arată în Fig. 4.33 prin aplicarea corect și aproximativ abordează și compară soluțiile rezultate.

În scenariul actual, condițiile date în ecuație. (4.33) s-ar putea să nu fie satisfăcut, cu toate acestea răspunsurile ne pot ajuta să identificăm diferența în soluție cu condițiile ecuației. (4.33) nefiind luată în considerare.
Figura 4.33 Divizor de tensiune rețea pentru exemplul 4.10.

Rezolvarea utilizând analiza exactă:

Rezolvarea utilizând analiza aproximativă:


Din evaluările de mai sus putem vedea diferența dintre rezultatele obținute din metodele exacte și cele aproximative.

Rezultatele arată că eu CQ este cu aproximativ 30% mai mare pentru metoda aproximativă, în timp ce V CEQ este cu 10% mai mic. Deși rezultatele nu sunt destul de identice, având în vedere faptul că βRE este doar de 3 ori mai mare decât R2, nici rezultatele nu sunt de fapt prea largi.

Am spus că, pentru viitoarea noastră analiză, ne vom baza în principal pe ecuație. (4.33) pentru a asigura similitudinea maximă între cele două analize.