Forståelse af fælles basekonfiguration i BJT'er

I dette afsnit vil vi analysere BJT-fælleskonfiguration og lære om dens kørepunktkarakteristika, omvendt mætningsstrøm, base til emitter-spænding og evaluere parametrene gennem et praktisk løst eksempel. I de senere dele vil vi også analysere, hvordan man konfigurerer et almindeligt baseforstærkerkredsløb

Introduktion

Symbolerne og kommentarerne brugt til at repræsentere transistorens fælles basekonfiguration i det meste af
bøgerne og guiderne, der er trykt i disse dage, kan ses i nedenstående figur. Fig. 3.6 Dette kan være tilfældet for både pnp- og npn-transistorer.

Figur 3.6

3.4 Hvad er Common-Base-konfiguration

Udtrykket 'fælles-base' stammer fra det faktum, at basen her er fælles for både indgangs- og udgangstrinnene i arrangementet.

Desuden bliver basen typisk terminalen nærmest eller ved jordpotentiale.

I hele vores samtale her vil alle aktuelle (Ampere) retninger blive taget med hensyn til den konventionelle (hul) strømningsretning og ikke elektronstrømningsretningen.

Dette valg er først og fremmest blevet besluttet med den bekymring, at den store mængde dokumenter, der tilbydes akademiske og kommercielle organisationer, implementerer konventionel strømning, og pilene i hver elektronisk repræsentation har en vej, der er identificeret med denne specifikke konvention.

For enhver bipolar transistor:

Pilemarkeringen i det grafiske symbol beskriver strømningsretningen for emitterstrømmen (konventionel strømning) over transistoren.

Hver af de aktuelle (Amp) retninger, der vises i fig. 3.6, er de ægte retninger, som er karakteriseret ved valget af konventionel strømning. Overhold i hvert tilfælde, at IE = IC + IB.

Bemærk også, at den implementerede forspænding (spændingskilder) specifikt er for at fastslå strømmen i den retning, der er specificeret for hver af kanalerne. Betydning, sammenlign retningen af ​​IE med polariteten eller VEE for hver konfiguration, og sammenlign også retningen af ​​IC med polariteten af ​​VCC.

For en omfattende beskrivelse af handlingerne fra en tre-terminal enhed, f.eks almindelige forstærkere 3.6 kræver 2 sæt egenskaber - et til kørepunkt eller inputfaktorer og den anden til produktion afsnit.

Indgangssættet til den fælles basisforstærker som vist i figur 3.7 anvender en indgangsstrøm (IE) til en indgang
spænding (VBE) til en række forskellige udgangsspændingsområder (VCB).

Det output sæt anvender en udgangsstrøm (IC) for en udgangsspænding (VCB) for en række intervaller af indgangsstrøm (IE) som vist i fig. 3.8. Outputtet, eller gruppen af ​​samleregenskaber, har 3 grundlæggende elementer af interesse, som påpeget i figur 3.8: de aktive regioner, afskæring og mætning . Den aktive region vil være regionen, der typisk er anvendelig til lineære (uforvrængede) forstærkere. Specifikt:

Inden for det aktive område vil samler-base-overgangen være omvendt forspændt, mens base-emitter-overgangen er forudindtaget.

Den aktive region er kendetegnet ved de forspændte konfigurationer som angivet i figur 3.6. I den nedre ende af det aktive område vil emitterstrømmen (IE) være nul, kollektorstrømmen er i denne situation simpelthen som et resultat af omvendt mætningsstrøm ICO, som illustreret i figur 3.8.

Den nuværende ICO er så ubetydelig (mikroampere) i dimension sammenlignet med den lodrette skala af IC (milliamperes), at den praktisk talt præsenterer sig på den samme vandrette linje som IC = 0.

De kredsløbsovervejelser, der er til stede, når IE = 0 for den fælles basisopsætning kan ses i figur 3.9. Annotationen, der oftest anvendes til ICO på datablad og spec ark, er som påpeget i figur 3.9, ICBO. På grund af overlegne designmetoder er graden af ​​ICBO til transistorer til almindelige formål (især silicium) inden for lav- og mellemkraftområdet normalt så minimal, at dens indflydelse kunne overses.

Når det er sagt, for større power-enheder kan ICBO muligvis fortsætte med at dukke op i mikroampereområdet. Husk desuden, at ICBO, ligesom Er i tilfælde af dioder (begge er omvendte lækstrømme) kan være sårbare over for temperaturændringer.

Ved øgede temperaturer kan virkningen af ​​ICBO resultere i at være et afgørende aspekt, fordi det kan stige betydeligt hurtigt som reaktion på temperaturforhøjelser.

Vær opmærksom på fig. 3.8, når emitterstrømmen stiger over nul, samlerstrømmen går op til et niveau, der primært svarer til emitterstrømens, som fastlagt ved de grundlæggende transistor-strømforhold.

Bemærk også, at der er en ganske ineffektiv indflydelse af VCB på samlerstrømmen for den aktive region. De buede former afslører åbenbart, at et indledende skøn over forholdet mellem IE og IC i den aktive region kan præsenteres som:

Som udledt fra selve titlen forstås afskæringsområdet som det sted, hvor kollektorstrømmen er 0 A, som beskrevet i fig. 3.8. Desuden:

I afskæringsområdet har en transistor kollektorbase- og base-emitterkryds tendens til at være i omvendt forspændt tilstand.

Mætningsregionen identificeres som det afsnit af karakteristikkerne på tværs af venstre side af VCB = 0 V. Den vandrette skala i dette område er blevet forstørret til tydeligt at afsløre de bemærkelsesværdige forbedringer foretaget på attributter i denne region. Overhold den eksponentielle opsving i kollektorstrøm som reaktion på stigningen i spændingen VCB mod 0 V.

Samler-base- og base-emitterkryds kan ses som forspænding i mætningsområdet.

Indgangskarakteristikaene i fig. 3.7 viser dig, at for enhver forudbestemt størrelse af kollektorspænding (VCB) øges emitterstrømmen på en sådan måde, at den stærkt kan ligne diodekarakteristikken.

Faktisk har effekten af ​​en stigende VCB en tendens til at være så minimal på karakteristika, at forskellen forårsaget af variationer i VCB for enhver indledende evaluering kunne ignoreres, og karakteristikaene faktisk kunne repræsenteres som vist i fig. 3.10a nedenfor.

Hvis vi derfor anvender den stykkevis-lineære teknik, vil dette producere de karakteristika, der er afsløret i figur 3.10b.

At tage dette ene niveau op og se bort fra kurvens hældning og følgelig den modstand, der genereres på grund af et fremadrettet kryds, vil føre til karakteristika som vist i fig. 3.10c.

For alle de fremtidige undersøgelser, der vil blive diskuteret på dette websted, vil det tilsvarende design i figur 3.10c blive udøvet til alle jævnstrømsvurderinger af transistorkredsløb. Betydning, når en BJT er i 'ledende' status, vil basis-til-emitter-spændingen blive betragtet som udtrykt i følgende ligning: VBE = 0,7 V (3,4).

For at sige det anderledes vil indflydelsen af ​​ændringerne i værdien af ​​VCB sammen med hældningen af ​​inputkarakteristika tendens til at blive overset, da vi bestræber os på at evaluere BJT-konfigurationer på en sådan måde, der kan hjælpe os med at opnå en optimal tilnærmelse til faktisk svar uden for meget at involvere os i en parameter, der kan have mindre betydning.

Figur 3.10

Vi skal alle grundigt sætte pris på påstanden udtrykt i ovenstående egenskaber i figur 3.10c. De definerer, at med transistoren i 'til' eller aktiv tilstand vil spændingen, der bevæger sig fra base til emitter, være 0,7 V for enhver mængde emitterstrøm som reguleret af det tilknyttede eksterne kredsløbsnetværk.

For at være mere præcis kan brugeren for enhver indledende eksperiment med et BJT-kredsløb i jævnstrømskonfigurationen nu hurtigt definere, at spændingen gennem basen til emitteren er 0,7 V, mens enheden er i det aktive område - dette kan betragtes som en ekstremt afgørende bundlinje for alle vores DC-analyser, som vil blive diskuteret i vores kommende artikler ..

Løsning af et praktisk eksempel (3.1)

I ovenstående afsnit lærte vi, hvad der er almindelig basekonfiguration om forholdet mellem basisstrøm I C og emitterstrøm I ER af en BJT i ​​afsnit 3.4. Med henvisning til denne artikel kan vi nu designe en konfiguration, der gør det muligt for BJT at forstærke strømmen, som repræsenteret i figur 3.12 nedenfor almindelig baseforstærkerkredsløb.

Men inden vi undersøger dette, ville det være vigtigt for os at lære, hvad der er alfa (α).

Alpha (a)

I en fælles base BJT-konfiguration i jævnstrømstilstand på grund af effekten af ​​de fleste bærere er den nuværende I C og jeg ER danne et forhold udtrykt med mængden alfa og præsenteret som:

-en dc = Jeg C / Jeg ER -------------------- (3.5)

hvor jeg C og jeg ER er de aktuelle niveauer på driftssted . Selvom ovennævnte egenskab identificerer, at α = 1, i virkelige enheder og eksperimenter kunne denne mængde ligge overalt omkring 0,9 til 0,99, og i de fleste tilfælde ville dette nærme sig den maksimale værdi af området.

På grund af det faktum, at alfa her er specifikt defineret for de fleste luftfartsselskaber, er Ligning 3.2 som vi havde lært i tidligere kapitler kan nu skrives som:

Med henvisning til karakteristisk i graf Fig 3.8 , når jeg ER = 0 mA, I C værdi bliver følgelig = I CBO.

Men fra vores tidligere diskussioner ved vi, at niveauet af jeg CBO er ofte minimal, og derfor bliver det næsten uidentificerbart i grafen på 3.8.

Betydning, når jeg ER = 0 mA i ovennævnte graf, I C bliver også til 0 mA for V CB række af værdier.

Når vi betragter et vekselstrømsignal, hvori betjeningspunktet bevæger sig over den karakteristiske kurve, kan en vekselstrøms alfa skrives som:

Der er et par formelle navne givet til ac alpha, som er: fælles-base, forstærkningsfaktor, kortslutning. Årsagerne til disse navne vil blive mere tydelige i de kommende kapitler, mens man vurderer ækvivalente kredsløb af BJT'er.

På dette tidspunkt kan vi finde, at ligning 3.7 ovenfor bekræfter, at en relativt beskeden variation i kollektorstrømmen divideres med den resulterende ændring i I ER , mens samleren til basen er i en konstant størrelse.

Under flertalsbetingelser er mængden af -en og og -en dc er næsten ens, hvilket tillader en udveksling af størrelser mellem hinanden.

Common-Base forstærker

DC-forspændingen er ikke vist i ovenstående figur, da vores egentlige hensigt kun er at analysere vekselstrømsresponsen.

Som vi lærte i vores tidligere indlæg vedrørende fælles-basekonfiguration , ser input-AC-modstanden som angivet i fig. 3.7 ganske minimal ud og varierer typisk inden for et interval på 10 og 100 ohm. Mens vi i samme kapitel også så i figur 3.8, ser outputmodstanden i et fællesbaseret netværk betydeligt højt, hvilket typisk kan variere i området 50 k til 1 M Ohm.

Disse forskelle i modstandsværdier er grundlæggende på grund af det fremadspændte kryds, der vises på indgangssiden (mellem base til emitter), og det omvendte forspændte kryds, der vises på udgangssiden mellem base og kollektor.

Ved at anvende en typisk værdi på f.eks. 20 ohm (som angivet i ovenstående figur) for indgangsmodstanden og 200 mV for indgangsspænding, kan vi evaluere forstærkningsniveau eller rækkevidde på udgangssiden gennem følgende løste eksempel:

Således kan spændingsforstærkningen ved udgangen findes ved at løse følgende ligning:

Dette er en typisk spændingsforstærkningsværdi for ethvert almindeligt BJT-kredsløb, der muligvis kan variere mellem 50 og 300. For et sådant netværk er den nuværende forstærkning IC / IE altid mindre end 1, da IC = alphaIE, og alfa er altid mindre end 1.

I indledende eksperimenter blev den grundlæggende forstærkende handling introduceret gennem en overførsel af nuværende jeg over en lav til en høj- modstand kredsløb.

Forholdet mellem de to kursive sætninger i ovenstående sætning resulterede faktisk i udtrykket transistor:

trans gør + re sistor = transistor.

I den næste tutorial vil vi diskutere Common-Emitter Amplifier

Reference: https://en.wikipedia.org/wiki/Common_base