DC Biasing sa Transistors - BJTs

Subukan Ang Aming Instrumento Para Sa Pagtanggal Ng Mga Problema





Sa mga simpleng term, ang biasing sa BJTs ay maaaring tinukoy bilang isang proseso kung saan ang isang BJT ay naaktibo o nakabukas ON sa pamamagitan ng paglalapat ng isang mas maliit na lakas ng DC ay nasa kabuuan ng mga base / emitter terminal nito upang magawa nito ang isang medyo malaking lakas ng DC sa kabuuan ang mga terminal ng emitor ng kolektor nito.

Ang pagtatrabaho ng isang Bipolar transistor o BJTs sa mga antas ng DC ay pinamamahalaan ng maraming mga kadahilanan, kasama ang isang hanay ng operating point sa mga katangian ng mga aparato.



Sa ilalim ng seksyon 4.2 na ipinaliwanag sa artikulong ito susuriin namin ang mga detalye tungkol sa saklaw na ito ng operating point para sa BJT amplifiers. Kapag nakalkula ang tinukoy na mga supply ng DC, maaaring likhain ang isang disenyo ng circuit para sa pagtukoy ng kinakailangang operating point.

Ang iba't ibang mga naturang pagsasaayos ay sinusuri sa loob ng artikulong ito. Ang bawat solong modelo na tinalakay ay bilang karagdagan makikilala ang katatagan ng diskarte, ibig sabihin, eksakto kung gaano sensitibo ang system ay maaaring maging sa isang ibinigay na parameter.



Bagaman maraming mga network ang napagmasdan sa loob ng seksyong ito, mayroon silang isang pangunahing pagkakapareho sa pagitan ng mga pagtatasa ng bawat pagsasaayos, dahil sa sumusunod na paulit-ulit na paggamit ng mahalagang pangunahing relasyon:

Sa karamihan ng mga sitwasyon ang batayang kasalukuyang IB ay nangyayari na pinakaunang dami na kailangang maitaguyod. Kapag nakilala ang IB, ang mga ugnayan ng Eqs. (4.1) sa pamamagitan ng (4.3) ay maaaring ipatupad upang makuha ang natitirang dami ng pinag-uusapan.

Ang mga pagkakahawig sa mga pagsusuri ay magiging mabilis na maliwanag habang sumusulong kami sa mga kasunod na seksyon.

Ang mga equation para sa IB ay napaka-magkapareho para sa marami sa mga disenyo na ang isang formula ay maaaring makuha mula sa isa pa sa pamamagitan ng simpleng pag-aalis o pagpasok ng isang elemento o dalawa.

Ang punong layunin ng kabanatang ito ay upang magtatag ng isang antas ng pag-unawa sa BJT transistor na magbibigay-daan sa iyo upang magpatupad ng isang DC analysis ng halos anumang circuit na mayroong BJT amplifier bilang isang elemento.

4.2 OPERATING POINT

Ang salita bias ang pagpapakita sa pamagat ng artikulong ito ay isang malalim na term na nangangahulugang pagpapatupad ng DC voltages, at upang matukoy ang isang nakapirming antas ng kasalukuyang at boltahe sa BJTs.

Para sa mga amplifier ng BJT ang nagresultang kasalukuyang dc at boltahe lumikha ng isang operating point sa mga katangiang nagtatag ng rehiyon na naging perpekto para sa kinakailangang paglaki ng inilapat na signal. Sapagkat ang puntong operating ay mangyari na isang paunang natukoy na punto sa mga katangian, maaari rin itong tawaging quiescent point (dinaglat bilang Q-point).

Ang 'Quiescent' ayon sa kahulugan ay nangangahulugang katahimikan, katahimikan, pag-upo. Ipinapakita ng Larawan 4.1 ang isang karaniwang katangian ng paglabas ng isang BJT na mayroong 4 operating point . Ang biasing circuit ay maaaring binuo upang maitaguyod ang BJT sa isa sa mga puntong ito o iba pa sa loob ng aktibong rehiyon.

Ang maximum na mga rating ay itinuro sa mga katangian ng Fig. 4.1 sa pamamagitan ng isang pahalang na linya para sa pinakamataas na kasalukuyang kolektor ng ICmax at isang patayo na linya sa pinakamataas na boltahe ng kolektor hanggang sa emitter na VCEmax.

Ang maximum na limitasyon ng kuryente ay nakilala mula sa curve PCmax sa parehong figure. Sa ibabang dulo ng graph makikita natin ang rehiyon ng cutoff, na kinilala ng IB ≤ 0μ, at ang rehiyon ng saturation, na kinilala ng VCE ≤ VCEsat.

Ang yunit ng BJT ay maaaring maging kampi sa labas ng mga ipinahiwatig na maximum na mga limitasyon, ngunit ang resulta ng naturang proseso ay magreresulta sa pagiging makabuluhang pagkasira ng buhay ng aparato o kabuuang pagkasira ng aparato.

Ang paghihigpit sa mga halaga sa pagitan ng ipinahiwatig na aktibong rehiyon, maaaring pumili ang isa ng iba't ibang operating area o point . Ang napiling Q-point ay karaniwang nakasalalay sa inilaan na detalye ng circuit.

Gayunpaman, tiyak na maaari nating isaalang-alang ang ilang mga pagkakaiba sa bilang ng mga puntong inilalarawan sa Larawan 4.1 upang magbigay ng ilang pangunahing mga rekomendasyon tungkol sa operating point , at samakatuwid, ang bias circuit.

Kung walang inilalapat na bias, ang aparato sa una ay mananatiling ganap na naka-OFF, na nagiging sanhi ng isang Q-point na nasa A - iyon ay, zero kasalukuyang sa pamamagitan ng aparato (at 0V sa kabuuan nito). Dahil mahalaga na bias ang isang BJT upang paganahin ito upang makapag-reaksyon para sa buong saklaw ng isang naibigay na signal ng pag-input, maaaring hindi magmukhang angkop ang point A.

Para sa point B, kapag ang isang signal ay konektado sa circuit, ang aparato ay magpapakita ng isang pagkakaiba-iba sa kasalukuyang at boltahe sa pamamagitan ng operating point , na pinagana ang aparato upang tumugon sa (at marahil ay palakasin) ang parehong positibo at negatibong mga aplikasyon ng input signal.

Kapag ang input signal ay optimal na ginamit, ang boltahe at kasalukuyang ng BJT ay malamang na magbabago ..... subalit maaaring hindi sapat na sapat upang maisaaktibo ang aparato sa cut-off o saturation.

Ang Point C ay maaaring makatulong sa ilang positibo at negatibong paglihis ng output signal, ngunit ang rurok ng rurok hanggang sa rurok ay maaaring limitahan sa kalapitan ng VCE = 0V / IC = 0 mA.

Ang pagtatrabaho sa puntong C ay maaaring maging sanhi ng kaunting pag-aalala tungkol sa mga hindi linya dahil sa ang katunayan na ang agwat sa pagitan ng mga kurba ng IB ay maaaring mabilis na mabago sa partikular na lugar na ito.

Sa pangkalahatan, mas mahusay na patakbuhin ang aparato kung saan ang pagkakaroon ng aparato ay pare-pareho (o linear), upang masiguro na ang amplification sa pangkalahatang swing ng input signal ay mananatiling pare-pareho.

Ang Point B ay isang rehiyon na nagpapakita ng mas mataas na linear spacing at dahil sa kadahilanang mas malaki ang linear na aktibidad, tulad ng ipinahiwatig sa Larawan 4.1.

Itinataguyod ng Point D ang aparato operating point malapit sa pinakamataas na antas ng boltahe at lakas. Ang output swing swing sa positibong limitasyon ay sa gayon ay pinaghigpitan kapag ang maximum na boltahe ay hindi dapat lumampas.

Ang point B bilang isang resulta ay mukhang perpekto operating point na patungkol sa linear na makakuha at pinakamalaking posibleng boltahe at kasalukuyang mga pagkakaiba-iba.

Ilalarawan namin ito sa perpektong para sa mga maliit na signal amplifier (Kabanata 8) gayunpaman, hindi palaging para sa mga power amplifier, .... pag-uusapan natin ito mamaya.

Sa loob ng diskurso na ito, pangunahing nakatuon ang pansin ko sa pagkiling ng transistor patungkol sa pagpapaandar ng maliit na signal.

May isa pang napakahalagang kadahilanan ng biasing na kailangang tingnan. Ang pagkakaroon ng tinukoy at kampi ng BJT na may isang perpekto operating point , ang mga epekto ng temperatura ay dapat ding masuri.

Ang saklaw ng init ay magiging sanhi ng paglihis ng mga hangganan ng aparato tulad ng kasalukuyang nakuha ng transistor (ac) at ang kasalukuyang paglabas ng transistor (ICEO). Ang pagtaas ng mga saklaw ng temperatura ay magdudulot ng higit na mga agos ng tagas sa BJT, at sa gayon ay babaguhin ang detalye ng pagpapatakbo na itinatag ng biasing network.

Ipinapahiwatig nito na ang pattern ng network ay kailangan ding mapadali ang isang antas ng katatagan ng temperatura upang matiyak na ang mga epekto sa mga pagkakaiba-iba ng temperatura ay may kaunting mga pagbabago sa operating point . Ang pangangalaga ng operating point na ito ay maaaring maitukoy sa isang factor ng katatagan, S, na nangangahulugan ng antas ng mga paglihis sa operating point na dulot ng pagbabago ng temperatura.

Maipapayo ang isang naka-optimize na circuit na may optimal, at ang matatag na tampok ng maraming mahahalagang mga circuit ng bias ay susuriin dito. Para sa BJT na maging kampi sa loob ng linear o mabisang rehiyon ng pagpapatakbo ang mga naibigay na puntos sa ibaba ay dapat na nasiyahan:

1. Ang base-emitter junction ay dapat na bias-pasulong (boltahe ng p-rehiyon na masidhing positibo), na nagbibigay-daan sa boltahe ng forward-bias na paligid ng 0.6 hanggang 0.7 V.

2. Ang base-collector junction ay dapat na reverse-bias (n-rehiyon na masidhing positibo), na may boltahe ng reverse-bias na mananatili sa ilang halaga sa loob ng maximum na mga limitasyon ng BJT.

[Tandaan na para sa pasulong na bias ang boltahe sa p-n junction ay magiging p -positive, at para sa reverse bias ito ay baligtad na pagkakaroon n -positive. Ang pagtuon sa unang liham ay dapat magbigay sa iyo ng isang paraan upang madaling maalala ang mahahalagang boltahe ng polarity.]

Ang pagpapatakbo sa cut-off, saturation, at linear na mga lugar ng katangian ng BJT ay karaniwang ipinakita tulad ng ipinaliwanag sa ibaba:

1. Pagpapatakbo ng Linear-rehiyon:

Base-emitter junction pasulong na kampi

Base-collector junction reverse bias

dalawa. Pagpapatakbo sa rehiyon ng Cutoff:

Base-emitter junction reverse bias

3. Pagpapatakbo sa rehiyon ng saturation:

Base-emitter junction pasulong na kampi

Base-collector junction pasulong na kampi

4.3 FIXED-BIAS CIRCUIT

Ang nakapirming-bias circuit ng Larawan 4.2 ay dinisenyo na may isang medyo simple at hindi kumplikadong pangkalahatang-ideya ng pagtatasa ng bias ng transistor dc.

Bagaman nagpapatupad ang network ng isang NPN transistor, ang mga formula at kalkulasyon ay maaaring gumana nang pantay na epektibo sa isang pag-set up ng transistor ng PNP sa pamamagitan lamang ng muling pag-configure ng kasalukuyang mga daanan ng daloy at mga polarity ng boltahe.

Ang mga kasalukuyang direksyon ng Fig. 4.2 ay ang tunay na kasalukuyang mga direksyon, at ang mga voltages ay kinikilala ng pangkalahatang doble-subscript na mga anotasyon.

Para sa pagsusuri ng dc, ang disenyo ay maaaring ihiwalay mula sa nabanggit na mga antas ng AC sa pamamagitan lamang ng pagpapalit ng mga capacitor na may isang bukas na katumbas na circuit.

Bukod dito, ang dc supply VCC ay maaaring hatiin sa isang pares ng magkakahiwalay na mga supply (para lamang sa pagsasagawa ng pagsusuri) na napatunayan sa Larawan 4.3 upang payagan lamang ang isang paghiwalay ng mga input at output circuit.

Ano ang ginagawa nito ay nai-minimize ang link sa pagitan ng dalawa sa batayang kasalukuyang IB. Ang paghihiwalay ay walang alinlangan na lehitimo, tulad ng ipinakita sa Larawan 4.3 kung saan ang VCC ay na-hook up diretso sa RB at RC tulad din sa Larawan 4.2.

naayos na bias BJT circuit

Ipasa ang mga bias ng Base – Emitter

Ipasa ang mga bias ng Base – Emitter

Pag-aralan muna natin ang base-emitter circuit loop na ipinakita sa itaas sa Larawan 4.4. Kung ipinatupad namin ang equation ng boltahe ni Kirchhoff sa direksyon ng pakanan para sa loop, nakukuha namin ang sumusunod na equation:

Maaari nating makita na ang polarity ng boltahe ay bumaba sa buong RB na tinutukoy sa pamamagitan ng direksyon ng kasalukuyang IB. Ang paglutas ng equation para sa kasalukuyang IB ay nagbibigay sa amin ng sumusunod na resulta:

Equation (4.4)

Ang Equation (4.4) ay tiyak na isang equation na maaaring madaling kabisaduhin, sa pamamagitan lamang ng pag-alala na ang batayang kasalukuyang dito ay nagiging kasalukuyang dumadaan sa RB, at sa pamamagitan ng paglalapat ng batas ng Ohm alinsunod sa kung aling kasalukuyang ay katumbas ng boltahe sa buong RB na hinati ng resistensya RB .

Ang boltahe sa kabuuan ng RB ay ang inilapat na boltahe VCC sa isang dulo mas mababa ang drop sa kabuuan ng base-to-emitter junction (VBE).
Gayundin, dahil sa ang katunayan na ang supply VCC at ang base-emitter voltage VBE ay naayos na dami, ang pagpipilian ng risistor RB sa base ay nagtatatag ng dami ng kasalukuyang base para sa antas ng paglipat.

Kolektor – Emitter Loop

Kolektor – Emitter Loop

Ipinapakita ng figure 4.5 ang yugto ng emitter circuit ng kolektor, kung saan ipinakita ang direksyon ng kasalukuyang IC at ang kaukulang polarity sa buong RC.
Ang halaga ng kasalukuyang kolektor ay maaaring makita na direktang nauugnay sa IB sa pamamagitan ng equation:

Equation (4.5)

Maaari mong makita na ito ay kagiliw-giliw na makita na dahil ang base kasalukuyang ay nakasalalay sa dami ng RB, at ang IC ay naka-link sa IB sa pamamagitan ng isang pare-pareho β, ang lakas ng IC ay hindi isang pag-andar ng resistensya RC.

Ang pagsasaayos ng RC sa ilang ibang halaga ay hindi makakapagdulot ng anumang epekto sa antas ng IB o kahit na IC, hangga't pinananatili ang aktibong rehiyon ng BJT.
Sinabi nito, malalaman mo na ang lakas ng VCE ay natutukoy ng antas ng RC, at maaaring ito ay isang mahalagang bagay na isasaalang-alang.

Kung gagamitin namin ang batas ng boltahe ni Kirchhoff sa direksyon sa direksyon ng relo sa ipinapakitang closed loop sa fig 4.5, gumagawa ito ng sumusunod na dalawang mga equation:

Equation (4.6)

Ipinapahiwatig nito na ang boltahe sa kolektor ng emitter ng BJT sa loob ng isang nakapirming circuit ng bias ay ang supply boltahe na katumbas ng patak na nabuo sa buong RC
Upang magkaroon ng isang mabilis na sulyap ng solong at dobleng nota ng subscript ay naaalala na:

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

kung saan ipinapahiwatig ng VCE ang boltahe na dumadaloy mula sa kolektor hanggang sa emitter, ang VC at VE ay ang mga voltages na dumadaan mula sa kolektor at emitter patungo sa lupa ayon sa pagkakabanggit. Ngunit narito, dahil VE = 0 V, mayroon tayo

VCE = VC -------- (4.8)
Dahil din sa mayroon tayo,
VBE = VB - AT -------- (4.9)
at dahil VE = 0, sa wakas makakakuha kami ng:
VBE = VB -------- (4.10)

Mangyaring tandaan ang mga sumusunod na puntos:

Habang sinusukat ang mga antas ng boltahe tulad ng VCE, tiyaking ilagay ang pulang pagsisiyasat ng voltmeter sa collector pin at itim na pagsisiyasat sa emitter pin tulad ng ipinakita sa sumusunod na pigura.

Ang VC ay nangangahulugang ang boltahe na dumadaan mula sa kolektor patungo sa lupa at ang pamamaraang pagsukat nito ay ibinigay din sa sumusunod na pigura.

Sa kasalukuyang kaso kapwa ang mga pagbasa sa itaas ay magkatulad, ngunit para sa iba't ibang mga circuit network maaari itong magpakita ng iba't ibang mga resulta.

Ipinapahiwatig nito na ang pagkakaiba-iba na ito sa mga pagbasa sa pagitan ng dalawang sukat ay maaaring patunayan na mahalaga habang sinusuri ang isang posibleng kasalanan sa isang BJT network.

pagsukat ng VCE, at VC sa BJT network

Paglutas ng Isang Praktikal na Halimbawa ng Biasing ng BJT

Suriin ang sumusunod para sa maayos na pag-configure ng Fig. 4.7.

Ibinigay:
(a) IBQ at ICQ.
(b) VCEQ.
(c) VB at VC.
(d) VBC.

paglutas ng DC biasing problem

Sa susunod na kabanata malalaman natin ang tungkol sa BJT saturation.

Sanggunian

Transistor Biasing




Nakaraan: UP Down Logic Sequence Controller Circuit Susunod: Ano ang Transistor saturation