Spændingsdeler-bias i BJT-kredsløb - Mere stabilitet uden beta-faktor

Forspænding af terminalerne på en bipolar transistor ved hjælp af et beregnet resistivt opdelingsnetværk for at sikre en optimal ydelse og omskiftningsrespons kaldes spændingsdelerforspænding.

I tidligere bias design at vi lærte biasstrømmen I CQ og spænding V. CEQ var en funktion af BJT's nuværende forstærkning (β).

Men da vi ved, at β kan være sårbar over for temperaturændringer, især for siliciumtransistorer, og den sande værdi af beta ofte ikke identificeres korrekt, kan det være tilrådeligt at udvikle en spændingsdeler-bias i BJT-kredsløb, der kan være mindre udsat for temperaturer eller simpelthen uafhængig af selve BJT beta.

Spændingsdelerforspændingsarrangementet i fig. 4.25 kan betragtes som et af disse design.

Når undersøgt med en nøjagtigt grundlag modtageligheden for variationer i beta ser virkelig beskeden ud. Hvis kredsløbsvariablerne er udarbejdet korrekt, er niveauerne af I CQ og V CEQ kunne være næsten fuldstændig uafhængig af beta.

Husk fra tidligere forklaringer, at et Q-punkt er karakteriseret med et fast niveau af ICQ og VCEQ som vist i figur 4.26.

Graden af ​​jeg BQ kan ændre sig afhængigt af variationerne i betaen, men betjeningspunktet omkring de karakteristika, der er identificeret af I CQ og V CEQ kan let forblive uændret, hvis passende kredsløbsretningslinjer anvendes.

Som nævnt ovenfor finder du et par tilgange, der kan bruges til at undersøge opsætningen af ​​spændingsdeleren.

Årsagen til udvælgelsen af ​​specifikke navne til dette kredsløb vil blive tydelig under vores analyse og vil blive diskuteret i fremtidige stillinger.

Den allerførste er nøjagtig teknik som kan udføres på enhver spændingsdeleropsætning.

Den anden kaldes omtrentlig metode, og dens implementering bliver mulig, når visse faktorer er opfyldt. Det omtrentlig tilgang muliggør en langt mere direkte analyse med minimal indsats og tid.

Derudover kan dette være meget nyttigt for 'designtilstanden', som vi vil tale om i de senere afsnit.
I det store og hele siden 'omtrentlig tilgang' kunne arbejdes med de fleste betingelser og skal således evalueres med samme opmærksomhedsniveau som 'nøjagtig metode'.

Præcis analyse

Lad os lære, hvordan metoden til nøjagtig analyse kan implementeres med følgende forklaring

Idet der henvises til den følgende figur, kan indgangssiden af ​​netværket gengives som vist i figur 4.27 til jævnstrømsanalysen.

Det Thévenin ækvivalent netværk til designet på venstre side af BJT-basen B kan derefter bestemmes på en måde som illustreret nedenfor:

RTh : Indgangsforsyningspunkterne erstattes af en tilsvarende kortslutning som vist i figur 4.28 nedenfor.

ETh: Forsyningsspændingskilde V DC påføres tilbage til kredsløbet, og den åbne kredsløb Thévenin-spænding som vist i figur 4.29 nedenfor evalueres som angivet nedenfor:

Implementering af spændingsdelerreglen når vi frem til følgende ligning:

Dernæst vurderer vi I ved at genskabe Thévenin-designet som illustreret i figur 4.30 BQ ved først at anvende Kirchhoffs spændingslov med uret for sløjfen:

ETh - IBRTh - VBE - IERE = 0

Som vi ved IE = (β + 1) B Udskiftning af den i ovenstående løkke og løsning af I B giver:

Ligning. 4.30

Ved første øjekast kan du føle ligning. (4.30) ser helt anderledes ud end de andre ligninger, der er udviklet indtil videre, men et nærmere kig vil vise, at tælleren kun er en forskel på to volt niveauer, mens nævneren er resultatet af basismodstand + emittermodstand, som reflekteres ved (β + 1) og ligner uden tvivl ligning. (4.17) ( Base Emitter Loop )

Når IB er beregnet gennem ovenstående ligning, kunne resten af ​​størrelserne i designet identificeres ved hjælp af den samme metode som vi gjorde for emitter-bias-netværket, som vist nedenfor:

Ligning (4.31)

Løsning af et praktisk eksempel (4.7)
Beregn DC-forspændingen V DET HER og det nuværende jeg C i nedenstående viste spændingsdeler-netværk Fig. 4.31

Figur 4.31 Betastabiliseret kredsløb til eksempel 4.7.

Omtrentlig analyse

I ovenstående afsnit lærte vi den 'nøjagtige metode', her diskuterer vi den 'omtrentlige metode' til analyse af spændingsdeleren i et BJT-kredsløb.

Vi kan tegne indgangstrinnet til et BJT-baseret spændingsdeler-netværk som vist i figur 4.32 nedenfor.

Modstanden Ri kan betragtes som modstandsækvivalenten mellem kredsløbets base og jordlinje og RE som modstanden mellem emitteren og jorden.

Fra vores tidligere diskussioner [lig. (4.18)] vi ved, at modstanden reproduceret eller reflekteret mellem base / emitter af BJT er eksponeret af ligningen Ri = (β + 1) RE.

Hvis vi overvejer en situation, hvor Ri er betydeligt større end modstanden R2, vil det resultere i IB relativt mindre end I2 (husk, at strøm altid forsøger at finde og bevæge sig i retning af minimum modstand), og således vil I2 dreje omtrent lig med I1.

I betragtning af at den omtrentlige værdi af IB er i det væsentlige nul i forhold til I1 eller I2, kan I1 = I2 og R1 og R2 betragtes som serieelementer.

Figur 4.32 Delvist forspændingskredsløb til beregning af den omtrentlige basisspænding V B .

Spændingen over R2, som oprindeligt ville være basisspændingen, kunne evalueres som vist nedenfor ved at anvende spændingsdelerregelnettet:

Nu siden Ri = (β + 1) RE ≅ b RE, betingelsen, der bekræfter, om udførelsen af ​​den omtrentlige metode er mulig eller ej, bestemmes af ligningen:

Kort sagt, hvis værdien RE gange værdien af ​​β ikke er mindre end 10 gange værdien af ​​R2, kan det være tilladt at implementere den omtrentlige analyse med optimal præcision

Efter at VB er vurderet, kunne VE-størrelsen bestemmes af ligningen:

mens emitterstrømmen kunne beregnes ved at anvende formlen:

Spændingen fra kollektor til emitter kan identificeres ved hjælp af følgende formel:

VCE = VCC - ICRC - IERE

Dog siden IE ≅ IC, vi når frem til følgende ligning:

Det skal bemærkes, at i den række af beregninger, vi lavede fra ligning. (4.33) gennem ligning (4.37) ,, elementet β har ingen tilstedeværelse overalt, og IB er ikke beregnet.

Dette indebærer, at Q-punktet (som fastlagt af I CQ og V CEQ ) som et resultat ikke afhænger af værdien af ​​β
Praktisk eksempel (4.8):

Lad os anvende analysen på vores tidligere Figur 4.31 ved hjælp af en tilnærmet tilgang og sammenligne løsninger til ICQ og VCEQ.

Her observerer vi, at niveauet af VB er identisk med niveauet for ETh, som evalueret i vores tidligere eksempel 4.7. Hvad det grundlæggende betyder, er, at forskellen mellem den omtrentlige analyse og den nøjagtige analyse er påvirket af RTh, som er ansvarlig for at adskille ETh og VB i den nøjagtige analyse.

Bevæger os fremad,

Næste eksempel 4.9

Lad os udføre den nøjagtige analyse af eksempel 4.7, hvis β reduceres til 70, og finde ud af forskellen mellem løsningerne til ICQ og VCEQ.

Opløsning
Dette eksempel tages muligvis ikke som en sammenligning mellem nøjagtige versus omtrentlige strategier snarere kun for at teste den grad, hvor Q-punkt kan bevæge sig, hvis størrelsen af ​​β reduceres med 50%. RTh og ETh er givet som det samme:

At arrangere resultaterne i en tabelform giver os følgende:

Fra ovenstående tabel kan vi tydeligt finde ud af, at kredsløbet relativt ikke reagerer på ændringen i β-niveauer. På trods af at β-størrelsen er reduceret signifikant med 50%, fra værdien 140 til 70, skønt værdierne for ICQ og VCEQ stort set er de samme.

Næste eksempel 4.10

Evaluer niveauerne af I CQ og V CEQ for spændingsdeler-netværket som vist i fig. 4.33 ved at anvende eksakt og omtrentlig nærmer sig og sammenligner de resulterende løsninger.

I det nuværende scenario er betingelserne i ligning. (4.33) er muligvis ikke opfyldt, men svarene kan måske hjælpe os med at identificere forskellen i løsningen med betingelserne i ligning. (4.33) ikke taget i betragtning.
Figur 4.33 Spændingsdeler netværk til eksempel 4.10.

Løsning ved hjælp af nøjagtig analyse:

Løsning ved hjælp af tilnærmet analyse:


Fra ovenstående evalueringer er vi i stand til at se forskellen mellem de opnåede resultater fra nøjagtige og de omtrentlige metoder.

Resultaterne afslører, at jeg CQ er ca. 30% højere for den omtrentlige metode, mens V CEQ er 10% lavere. Selvom resultaterne ikke er helt identiske, i betragtning af det faktum at βRE kun er 3 gange større end R2, er resultaterne faktisk heller ikke for brede fra hinanden.

Sagde, at vi til vores fremtidige analyse overvejende vil stole på Eq. (4.33) for at sikre maksimal lighed mellem de to analyser.