Mówiąc prościej, polaryzacja w BJT może być zdefiniowana jako proces, w którym BJT jest aktywowany lub włączany przez zastosowanie mniejszej wartości prądu stałego na jego zaciskach podstawa / emiter, dzięki czemu jest w stanie przewodzić stosunkowo większą wielkość prądu stałego w poprzek jego zaciski kolektor-emiter.

Działanie tranzystora bipolarnego lub BJT na poziomach DC jest regulowane przez kilka czynników, w tym szereg punkty pracy nad charakterystyką urządzeń.

W sekcji 4.2 wyjaśnionej w tym artykule sprawdzimy szczegóły dotyczące tego zakresu punkty pracy do wzmacniaczy BJT. Po obliczeniu określonych dostaw prądu stałego można utworzyć projekt obwodu w celu określenia wymaganego punktu pracy.

W tym artykule omówiono różne takie konfiguracje. Każdy omawiany model będzie dodatkowo identyfikował stabilność podejścia, czyli dokładnie, jak wrażliwy może być system na dany parametr.

Chociaż w tej sekcji badanych jest wiele sieci, mają one jedno fundamentalne podobieństwo między ocenami każdej konfiguracji, ze względu na następujące powtarzające się użycie kluczowej podstawowej zależności:

W większości sytuacji prąd bazowy IB jest pierwszą wielkością, którą należy ustalić. Po zidentyfikowaniu IB relacje równań. (4.1) poprzez (4.3) można by zaimplementować w celu uzyskania pozostałych ilości, o których mowa.

“podstawy projektowania obwodów elektronicznych ”

Podobieństwa w ocenach będą szybko widoczne w miarę postępów w kolejnych sekcjach.

Równania dla IB są tak bardzo identyczne dla wielu projektów, że jeden wzór można wyprowadzić z drugiego, po prostu usuwając lub wstawiając jeden lub dwa elementy.

Głównym celem tego rozdziału jest ustalenie stopnia zrozumienia tranzystora BJT, który umożliwiłby zaimplementowanie analizy prądu stałego prawie każdego obwodu zawierającego wzmacniacz BJT jako element.

4.2 PUNKT ROBOCZY

Słowo stronniczość W tytule tego artykułu pojawia się termin dogłębny, który oznacza implementację napięć stałych oraz określenie stałego poziomu prądu i napięcia w BJT.

Dla wzmacniaczy BJT wynikowy prąd i napięcie DC tworzą punkt operacyjny na charakterystykach określających region, który staje się idealny dla wymaganego wzmocnienia zastosowanego sygnału. Ponieważ punkt pracy jest z góry określonym punktem charakterystyk, może być również określany jako punkt spoczynkowy (w skrócie punkt Q).

„Spokojny” z definicji oznacza ciszę, bezruch, siedzący tryb życia. Rysunek 4.1 przedstawia standardową charakterystykę wyjściową BJT mającego 4 punkty pracy . Obwód polaryzacji mógłby zostać opracowany w celu ustalenia BJT w jednym z tych lub innych punktów wewnątrz obszaru aktywnego.

Maksymalne wartości znamionowe wskazano na charakterystykach przedstawionych na rys. 4.1 za pomocą poziomej linii dla największego prądu kolektora ICmax i prostopadłej linii na najwyższym napięciu kolektor-emiter VCEmax.

Ograniczenie maksymalnej mocy jest identyfikowane z krzywej PCmax na tym samym rysunku. Na dolnym końcu wykresu widzimy obszar odcięcia, określony przez IB ≤ 0 μ, oraz obszar nasycenia, określony przez VCE ≤ VCEsat.

Jednostka BJT mogłaby być obciążona poza te wskazane maksymalne wartości graniczne, ale konsekwencją takiego procesu byłoby znaczne skrócenie żywotności urządzenia lub całkowite uszkodzenie urządzenia.

Ograniczając wartości między wskazanymi aktywnymi regionami, można wskazać różne obszary lub punkty operacyjne . Wybrany punkt Q zwykle zależy od zamierzonej specyfikacji obwodu.

Jednak z pewnością możemy wziąć pod uwagę kilka różnic między liczbą punktów zilustrowanych na ryc. 4.1, aby przedstawić kilka fundamentalnych zaleceń dotyczących punkt operacyjny , a zatem obwód polaryzacji.

Gdyby nie zastosowano polaryzacji, urządzenie pozostawałoby początkowo całkowicie wyłączone, powodując, że punkt Q znajdowałby się w punkcie A - to znaczy zerowy prąd płynący przez urządzenie (i 0 V na nim). Ponieważ konieczne jest przesunięcie BJT, aby umożliwić mu reagowanie w całym zakresie danego sygnału wejściowego, punkt A może nie wyglądać odpowiednio.

W przypadku punktu B, gdy sygnał jest podłączony do obwodu, urządzenie pokaże zmiany prądu i napięcia przez punkt operacyjny , umożliwiając urządzeniu reagowanie na (i być może wzmacnianie) zarówno pozytywnych, jak i negatywnych zastosowań sygnału wejściowego.

Gdy sygnał wejściowy jest optymalnie wykorzystany, napięcie i prąd BJT prawdopodobnie się zmienią ..... jednak może nie wystarczyć do włączenia urządzenia do odcięcia lub nasycenia.

Punkt C może pomóc w pewnym dodatnim i ujemnym odchyleniu sygnału wyjściowego, ale amplituda międzyszczytowa może być ograniczona do bliskości VCE = 0V / IC = 0 mA.

Praca w punkcie C może również powodować niewielkie obawy w odniesieniu do nieliniowości ze względu na fakt, że przerwa między krzywymi IB może szybko zmieniać się w tym konkretnym obszarze.

Ogólnie rzecz biorąc, znacznie lepiej jest obsługiwać urządzenie, w którym wzmocnienie urządzenia jest raczej stałe (lub liniowe), aby zagwarantować, że wzmocnienie na całkowitym wahaniu sygnału wejściowego pozostaje jednolite.

Punkt B to region wykazujący większe odstępy liniowe, a tym samym większą aktywność liniową, jak pokazano na rys. 4.1.

Punkt D ustanawia urządzenie punkt operacyjny blisko najwyższych poziomów napięcia i mocy. W ten sposób wahania napięcia wyjściowego przy dodatnim limicie są ograniczone, gdy nie przewiduje się przekroczenia maksymalnego napięcia.

Punkt B w rezultacie wygląda idealnie punkt operacyjny pod względem wzmocnienia liniowego i największych możliwych zmian napięcia i prądu.

Opiszemy to idealnie dla wzmacniaczy małosygnałowych (Rozdział 8), jednak nie zawsze dla wzmacniaczy mocy, ... porozmawiamy o tym później.

W ramach tego dyskursu skupię się głównie na polaryzacji tranzystora w odniesieniu do funkcji wzmocnienia małych sygnałów.

Jest jeszcze jeden niezwykle istotny czynnik odchylenia, któremu należy się przyjrzeć. Zdecydowawszy się na BJT i nastawiony na ideał punkt operacyjny należy również ocenić wpływ temperatury.

Zakres temperatur spowoduje odchylenia granic urządzenia, takich jak wzmocnienie prądu tranzystora (ac) i prąd upływu tranzystora (ICEO). Zwiększone zakresy temperatur spowodują większe prądy upływowe w BJT, a tym samym zmodyfikują specyfikację roboczą ustaloną przez sieć polaryzacji.

Oznacza to, że wzór sieci musi również ułatwiać poziom stabilności temperatury, aby zapewnić, że wpływy zmian temperatury będą miały minimalne przesunięcia w punkt operacyjny . To utrzymanie punktu pracy można określić za pomocą współczynnika stabilności S, który oznacza poziom odchyleń punktu pracy spowodowanych zmianą temperatury.

Zalecany jest optymalnie stabilizowany obwód i tutaj zostanie oceniona stabilna cecha kilku istotnych obwodów polaryzacji. Aby BJT był obciążony wewnątrz liniowego lub efektywnego obszaru działania, muszą być spełnione poniższe punkty:

1. Złącze baza-emiter powinno być spolaryzowane do przodu (napięcie w regionie p silnie dodatnie), umożliwiając napięcie polaryzacji w przód około 0,6 do 0,7 V.

2. Złącze baza-kolektor musi być spolaryzowane odwrotnie (obszar n silnie dodatni), przy czym napięcie polaryzacji odwrotnej pozostaje na pewnej wartości wewnątrz maksymalnych limitów BJT.

[Pamiętaj, że dla odchylenia w przód napięcie na złączu p-n będzie p -pozytywne, a dla odwrotnego odchylenia jest odwrotne n -pozytywny. Skupienie się na pierwszej literze powinno umożliwić łatwe zapamiętanie zasadniczej polaryzacji napięcia.]

Działanie w odcięciu, nasyceniu i obszarach liniowych charakterystyki BJT jest zwykle przedstawiane w sposób wyjaśniony poniżej:

1. Działanie w regionie liniowym:

Złącze baza-emiter spolaryzowane do przodu

Złącze podstawa-kolektor spolaryzowane odwrotnie

dwa. Działanie w regionie odcięcia:

Złącze baza-emiter spolaryzowane odwrotnie

3. Działanie w regionie nasycenia:

Złącze baza-emiter spolaryzowane do przodu

Złącze baza-kolektor spolaryzowane do przodu

4.3 OBWÓD STAŁEGO ODCHYLENIA

Obwód o stałej polaryzacji z rys. 4.2 jest zaprojektowany z dość prostym i nieskomplikowanym przeglądem analizy polaryzacji prądu stałego tranzystora.

Chociaż sieć implementuje tranzystor NPN, wzory i obliczenia mogą działać równie skutecznie z konfiguracją tranzystora PNP, po prostu poprzez zmianę konfiguracji ścieżek przepływu prądu i polaryzacji napięcia.

Kierunki prądów na rys. 4.2 są prawdziwymi kierunkami prądu, a napięcia są identyfikowane przez uniwersalne podwójne adnotacje z indeksem dolnym.

“różnica między sygnałem analogowym i cyfrowym pdf ”

W przypadku analizy prądu stałego projekt można oddzielić od wspomnianych poziomów prądu przemiennego po prostu przez wymianę kondensatorów na odpowiednik w obwodzie otwartym.

Ponadto VCC zasilania DC można podzielić na kilka oddzielnych zasilaczy (tylko w celu przeprowadzenia oceny), jak pokazano na rys. 4.3, aby umożliwić przerwanie obwodów wejściowych i wyjściowych.

To, co to robi, minimalizuje powiązanie między nimi z prądem bazowym IB. Rozstanie jest bezsprzecznie uzasadnione, jak pokazano na rys. 4.3, gdzie VCC jest podłączone bezpośrednio do RB i RC, tak jak na rys. 4.2.

Odchylenie w przód bazy-emitera

Przeanalizujmy najpierw pętlę obwodu baza-emiter pokazaną powyżej na rys. 4.4. Jeśli zaimplementujemy dla pętli równanie napięcia Kirchhoffa w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara, wyprowadzimy następujące równanie:

Widzimy, że polaryzacja spadku napięcia na RB określona przez kierunek prądu IB. Rozwiązanie równania dla bieżącego IB daje następujący wynik:

Równanie (4.4)

Równanie (4.4) jest z pewnością równaniem, które można łatwo zapamiętać, po prostu pamiętając, że prąd podstawowy tutaj staje się prądem przepływającym przez RB i stosując prawo Ohma, zgodnie z którym prąd jest równy napięciu na RB podzielonemu przez rezystancję RB .

Napięcie na RB to przyłożone napięcie VCC na jednym końcu pomniejszone o spadek na połączeniu baza-emiter (VBE).
Ponadto, ze względu na to, że zasilanie VCC i napięcie baza-emiter VBE są wielkościami stałymi, wybór rezystora RB u podstawy określa wielkość prądu bazowego dla poziomu przełączania.

Pętla kolektor-emiter

Rysunek 4.5 przedstawia etap obwodu kolektora-emiter, na którym przedstawiono kierunek prądu IC i odpowiadającą mu polaryzację w poprzek RC.
Wartość prądu kolektora można uznać za bezpośrednio powiązaną z IB poprzez równanie:

Równanie (4.5)

Może się wydać interesujące, że ponieważ prąd bazowy zależy od ilości RB, a układ scalony jest połączony z IB przez stałą β, wielkość IC nie jest funkcją rezystancji RC.

Dostosowanie RC do innej wartości nie będzie miało żadnego wpływu na poziom IB ani nawet IC, tak długo, jak długo utrzymywany jest aktywny region BJT.
To powiedziawszy, przekonasz się, że wielkość VCE jest określana przez poziom RC i może to być kluczowa rzecz do rozważenia.

Jeśli użyjemy prawa napięcia Kirchhoffa w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara w poprzek zamkniętej pętli pokazanej na rys. 4.5, otrzymamy następujące dwa równania:

Równanie (4.6)

Wskazuje to, że napięcie na emiterze kolektora BJT w stałym obwodzie polaryzacji jest napięciem zasilania równoważnym spadkowi utworzonemu na RC
Aby szybko rzucić okiem na notację z pojedynczym i podwójnym indeksem dolnym, przypomnij sobie, że:

VCE = VC - VE -------- (4,7)

gdzie VCE oznacza napięcie przepływające z kolektora do emitera, VC i VE to napięcia przechodzące odpowiednio z kolektora i emitera do ziemi. Ale tutaj, ponieważ VE = 0 V, mamy

VCE = VC -------- (4,8)
Również dlatego, że mamy
VBE = VB - AND -------- (4,9)
a ponieważ VE = 0, w końcu otrzymujemy:
VBE = VB -------- (4.10)

Pamiętaj o następujących kwestiach:

Podczas pomiaru poziomów napięcia, takich jak VCE, upewnij się, że czerwona sonda woltomierza jest umieszczona na kołku kolektora, a czarna sonda na kołku emitera, jak pokazano na poniższym rysunku.