Boltahe-Divider Bias sa BJT Circuits - Higit na Katatagan nang walang beta Factor

Ang bias ng mga terminal ng isang bipolar transistor na gumagamit ng isang kinakalkula na resistive divider network para sa pagtiyak sa isang pinakamainam na pagganap at paglipat ng tugon ay tinatawag na voltage divider biasing.

Nasa nakaraang mga disenyo ng bias na natutunan natin ang kasalukuyang bias na I CQ at boltahe V CEQ ay isang pag-andar ng kasalukuyang makakuha (β) ng BJT.

Ngunit, tulad ng nalalaman natin na ang β ay maaaring maging mahina sa mga pagbabago sa temperatura, partikular sa mga transaksyon ng silicon, at gayundin ang totoong halaga ng beta ay madalas na hindi maayos na nakilala, maipapayo na bumuo ng isang boltahe na Divider na bias sa BJT circuit na maaaring mas kaunti madaling kapitan ng temperatura, o, malaya sa BJT beta mismo.

Ang pag-aayos ng bias ng boltahe-divider ng Larawan 4.25 ay maaaring isaalang-alang na isa sa mga disenyo na ito.

Kapag napagmasdan sa isang eksaktong batayan ang pagkamaramdamin sa mga pagkakaiba-iba sa beta ay mukhang totoong katamtaman. Kung ang mga variable ng circuit ay naaangkop na nagtrabaho, ang mga antas ng I CQ at V CEQ ay maaaring maging ganap na independiyenteng beta.

Tandaan mula sa naunang mga paliwanag na ang isang Q-point ay nailalarawan sa isang nakapirming antas ng ICQ at VCEQ tulad ng ipinakita sa Larawan 4.26.

Ang degree ng I BQ maaaring magbago depende sa mga pagkakaiba-iba sa beta, ngunit ang operating point sa paligid ng mga katangiang nakilala ng I CQ at V CEQ ay maaaring manatiling hindi nagbabago kung ang naaangkop na mga alituntunin sa circuit ay inilapat.

Tulad ng nabanggit sa itaas, mahahanap mo ang isang pares ng mga diskarte na maaaring magamit upang siyasatin ang pag-set up ng boltahe na divider.

Ang dahilan sa likod ng pagpili ng mga tukoy na pangalan para sa circuit na ito ay magiging maliwanag sa panahon ng aming pagsusuri, at tatalakayin sa mga susunod na post.

Ang pinakauna ay ang eksaktong pamamaraan na maaaring isagawa sa anumang pag-setup ng boltahe-divider.

Ang pangalawa ay tinawag na tinatayang pamamaraan, at ang pagpapatupad nito ay magiging posible kapag natupad ang ilang mga kadahilanan. Ang tinatayang diskarte nagbibigay-daan sa isang mas direktang pagtatasa na may minimum na pagsisikap at oras.

Bilang karagdagan maaari itong maging napaka kapaki-pakinabang para sa 'disenyo mode' na pag-uusapan natin sa mga susunod na seksyon.
Sa kabuuan, mula noong 'tinatayang diskarte' maaaring magtrabaho sa karamihan ng mga kundisyon at sa gayon ay dapat suriin sa parehong antas ng pansin tulad ng 'eksaktong paraan'.

Eksaktong Pagsusuri

Alamin natin kung paano ang pamamaraan ng eksaktong pagsusuri maaaring ipatupad sa sumusunod na paliwanag

Sumangguni sa sumusunod na figure, ang input na bahagi ng network ay maaaring kopyahin tulad ng inilalarawan sa Larawan 4.27 para sa dc analysis.

Ang Katumbas na Thévenin network para sa disenyo sa kaliwang bahagi ng BJT base B pagkatapos ay maaaring matukoy sa isang paraan tulad ng nakalarawan sa ibaba:

RTh : Ang mga puntos ng pag-input ng input ay pinalitan ng isang katumbas na maikling-circuit tulad ng ipinakita sa Larawan 4.28 sa ibaba.

ETh: Ang pinagmulan ng boltahe ng supply V DC ay inilapat pabalik sa circuit, at ang open-circuit Thévenin boltahe tulad ng paglitaw sa Fig. 4.29 sa ibaba ay sinusuri bilang naibigay sa ibaba:

Pagpapatupad ng panuntunang boltahe-divider nakarating kami sa sumusunod na equation:

Susunod, sa pamamagitan ng muling paggawa ng disenyo ng Thévenin na nakalarawan sa Fig.4.30, sinusuri namin ang I BQ sa pamamagitan ng unang paglalapat ng batas ng boltahe ni Kirchhoff sa direksyon sa direksyon ng relo para sa loop:

ETh - IBRTh - VBE - IERE = 0

Tulad ng alam natin IE = (β + 1) B Ang pagpapalit nito sa itaas na loop at paglutas para sa I B nagbibigay:

Equation. 4.30

Sa unang tingin ay maaari mong maramdaman ang Eq. Ang (4.30) ay mukhang kakaiba mula sa iba pang mga equation na binuo hanggang ngayon, subalit ang isang malapit na pagtingin ay magpapakita na ang numerator ay pagkakaiba lamang ng dalawang antas ng volt, habang ang denominator ay resulta ng base resistensya + emitter resistor, na makikita ni (β + 1) at walang duda na katulad sa Eq. (4.17) ( Base Emitter Loop )

Kapag nakalkula ang IB sa pamamagitan ng equation sa itaas, ang natitirang mga magnitude sa disenyo ay maaaring makilala sa pamamagitan ng parehong pamamaraan tulad ng ginawa namin para sa emitter-bias network, tulad ng ipinakita sa ibaba:

Equation (4.31)

Paglutas ng isang Praktikal na Halimbawa (4.7)
Kalkulahin ang boltahe ng bias ng DC V ITO at ang kasalukuyang I C sa ipinakita sa ibaba na boltahe-divider network Larawan 4.31

Larawan 4.31 Beta-stabilized circuit para sa Halimbawa 4.7.

Tinatayang Pagsusuri

Sa seksyon sa itaas natutunan namin ang 'eksaktong paraan', dito tatalakayin namin ang 'tinatayang pamamaraan' ng pag-aralan ang divider ng boltahe ng isang circuit ng BJT.

Maaari naming iguhit ang yugto ng pag-input ng isang BJT batay sa boltahe-divider network tulad ng ipinakita sa figure 4.32 sa ibaba.

Ang paglaban Ri ay maaaring isaalang-alang bilang katumbas ng paglaban sa pagitan ng base at ground line ng circuit, at RE bilang resistor sa pagitan ng emitter at ground.

Mula sa aming mga nakaraang talakayan [Eq. (4.18)] alam natin na ang paglaban na muling ginawa o nasasalamin sa pagitan ng base / emitter ng BJT ay ipinaliwanag ng equation Ri = (β + 1) RE.

Kung isasaalang-alang natin ang isang sitwasyon kung saan ang Ri ay mas malaki kaysa sa paglaban R2, ay magreresulta sa IB na medyo mas maliit kaysa sa I2 (tandaan ang kasalukuyang palaging sumusubok na hanapin at lumipat sa direksyon ng minimum na paglaban), at sa gayon ang I2 ay babalik sa halos katumbas ng I1.

Isinasaalang-alang ang tinatayang halaga ng IB upang maging mahalagang zero na may kaugnayan sa I1 o I2, pagkatapos ang I1 = I2, at R1, at R2 ay maaaring ituring bilang mga elemento ng serye.

Larawan 4.32 Bahagyang bias na circuit para sa pagkalkula ng tinatayang base boltahe V B .

Ang boltahe sa kabuuan ng R2, na orihinal na magiging boltahe ng base ay maaaring masuri tulad ng ipinakita sa ibaba, sa pamamagitan ng paglalapat ng network ng panuntunan ng boltahe-divider:

Ngayon simula nun Ri = (β + 1) RE ≅ b RE, ang kundisyon na nagpapatunay kung ang pagpapatupad ng tinatayang pamamaraan ay magagawa o hindi ay napagpasyahan ng equation:

Maglagay lamang, kung ang halaga ng RE ulit sa halaga ng β, ay hindi mas mababa sa 10 beses sa halaga ng R2, pagkatapos ay maaaring payagan itong ipatupad ang tinatayang pagtatasa nang may pinakamainam na katumpakan

Matapos masuri ang VB, ang lakas ng VE ay maaaring matukoy ng equation:

habang ang kasalukuyang emitter ay maaaring kalkulahin sa pamamagitan ng paglalapat ng formula:

Ang boltahe mula sa kolektor hanggang sa emitter ay maaaring makilala sa pamamagitan ng paggamit ng sumusunod na pormula:

VCE = VCC - ICRC - DITO

Gayunman mula pa IE ≅ IC, nakarating kami sa sumusunod na equation:

Dapat pansinin na sa serye ng mga kalkulasyon na ginawa namin mula sa Eq. (4.33) sa pamamagitan ng Eq. (4.37) ,, ang elementong β ay walang presensya kahit saan, at ang IB ay hindi nakalkula.

Ipinapahiwatig nito na ang Q-point (na itinatag ng I CQ at V CEQ ) bilang isang resulta ay hindi nakasalalay sa halaga ng β
Praktikal na Halimbawa (4.8):

Ilapat natin ang pagtatasa sa aming mas maaga Larawan 4.31 , gamit ang tinatayang diskarte, at ihambing ang mga solusyon para sa ICQ at VCEQ.

Napansin natin dito na ang antas ng VB ay magkapareho sa ETh, tulad ng nasuri sa aming nakaraang halimbawa 4.7. Ano ang ibig sabihin nito talaga, ang pagkakaiba sa pagitan ng tinatayang pagtatasa at eksaktong pagsusuri ay naiimpluwensyahan ng RTh, na responsable para sa paghihiwalay ng ETh at VB sa eksaktong pagtatasa.

Tumuloy,

Susunod na Halimbawa 4.9

Isagawa natin ang eksaktong pagsusuri ng Halimbawa 4.7 kung ang β ay nabawasan sa 70, at alamin ang pagkakaiba sa pagitan ng mga solusyon para sa ICQ at VCEQ.

Solusyon
Ang halimbawang ito ay maaaring hindi kinuha bilang isang paghahambing sa pagitan ng eksaktong kumpara sa tinatayang diskarte sa halip para lamang sa pagsubok sa degree kung saan maaaring lumipat ang Q-point sakaling ang lakas na β ay mabawasan ng 50%. Ang RTh at ETh ay binibigyan ng pareho:

Ang pag-aayos ng mga resulta sa isang form na tabular ay nagbibigay sa amin ng sumusunod:

Mula sa talahanayan sa itaas maaari nating malinaw na malaman na ang circuit ay medyo hindi tumutugon sa pagbabago sa mga antas ng. Sa kabila ng katotohanang ang itude magnitude ay makabuluhang nabawasan ng 50%, mula sa halagang 140 hanggang 70, bagaman ang mga halaga ng ICQ at VCEQ ay karaniwang pareho.

Susunod na Halimbawa 4.10

Suriin ang mga antas ng I CQ at V CEQ para sa network ng boltahe-divider tulad ng ipinakita sa Larawan 4.33 sa pamamagitan ng paglalapat ng eksakto at tinatayang diskarte at ihambing ang mga nagresultang solusyon.

Sa kasalukuyang senaryo, ang mga kundisyon na ibinigay sa Eq. (4.33) ay maaaring hindi nasiyahan, subalit ang mga sagot ay maaaring makatulong sa amin na makilala ang pagkakaiba sa solusyon sa mga kundisyon ng Eq. (4.33) na hindi isinasaalang-alang.
Larawan 4.33 Boltahe-divider network para sa Halimbawa 4.10.

Paglutas gamit ang Eksaktong Pagsusuri:

Paglutas gamit ang Tinatayang Pagsusuri:


Mula sa mga pagsusuri sa itaas ay nakikita namin ang pagkakaiba sa pagitan ng mga resulta na nakamit mula sa eksakto at sa tinatayang pamamaraan.

Inihayag ng mga resulta na ako CQ ay humigit-kumulang na 30% na mas mataas para sa tinatayang pamamaraan, habang ang V CEQ ay 10% mas mababa. Bagaman ang mga resulta ay hindi magkapareho, isinasaalang-alang ang katunayan na ang βRE ay 3 beses lamang na mas malaki kaysa sa R2, ang mga resulta ay talagang hindi rin masyadong malayo.

Sinabi na, para sa aming pag-aaral sa hinaharap magkakaroon kami ng higit na pag-asa sa Eq. (4.33) upang matiyak ang maximum na pagkakapareho ng dalawang pagtatasa.