Zrozumienie wspólnej konfiguracji podstawowej w BJT

W tej sekcji zamierzamy przeanalizować konfigurację wspólnej bazy BJT i ​​poznać charakterystykę jego punktu sterującego, odwrotny prąd nasycenia, napięcie od podstawy do emitera i ocenić parametry na praktycznym rozwiązanym przykładzie. W dalszych częściach przeanalizujemy również, jak skonfigurować obwód wzmacniacza ze wspólną podstawą

Wprowadzenie

Symbole i adnotacje używane do reprezentowania konfiguracji wspólnej bazy tranzystora w większości
Książki i przewodniki drukowane w tych dniach można zobaczyć na poniższym rysunku. 3.6 Może to dotyczyć zarówno tranzystorów pnp, jak i npn.

Rysunek 3.6

3.4 Co to jest konfiguracja Common-Base

Termin „wspólna podstawa” wynika z faktu, że w tym przypadku podstawa jest wspólna zarówno dla etapu wejściowego, jak i wyjściowego układu.

Ponadto podstawa zwykle staje się terminalem najbliższym lub na poziomie potencjału ziemi.

W naszej rozmowie wszystkie kierunki prądu (w amperach) będą brane pod uwagę w odniesieniu do konwencjonalnego kierunku przepływu (dziury), a nie kierunku przepływu elektronów.

Wybór ten został podyktowany przede wszystkim obawą, że duża ilość dokumentów oferowanych w organizacjach akademickich i handlowych realizuje konwencjonalny przepływ, a strzałki w każdym reprezentacji elektronicznej mają ścieżkę utożsamianą z tą konkretną konwencją.

Dla dowolnego tranzystora bipolarnego:

Strzałka w symbolu graficznym opisuje kierunek przepływu prądu emitera (przepływ konwencjonalny) przez tranzystor.

Każdy z kierunków prądu (Amp) pokazany na rys. 3.6 jest prawdziwym kierunkiem charakteryzującym się wyborem przepływu konwencjonalnego. W każdym przypadku należy zauważyć, że IE = IC + IB.

Należy ponadto zauważyć, że zaimplementowane polaryzowanie (źródła napięcia) mają na celu ustalenie prądu w kierunku określonym dla każdego z kanałów. Oznacza to, że porównaj kierunek IE z polaryzacją lub VEE dla każdej konfiguracji, a także porównaj kierunek IC z polaryzacją VCC.

Aby kompleksowo zilustrować działanie jednostki trójzaciskowej, na przykład wzmacniacze ze wspólną podstawą na ryc. 3.6, wymaga 2 zestawów właściwości - jeden dla punkt jazdy lub czynniki wejściowe, a inne dla wynik Sekcja.

Wejście ustawione dla wzmacniacza ze wspólną podstawą, jak pokazano na rys. 3.7, doprowadza prąd wejściowy (IE) do wejścia
napięcie (VBE) dla różnych zakresów napięcia wyjściowego (VCB).

Plik zestaw wyjściowy stosuje prąd wyjściowy (IC) dla napięcia wyjściowego (VCB) dla różnych zakresów prądu wejściowego (IE), jak pokazano na rys. 3.8. Wyjście, czyli zespół charakterystyk kolektora, posiada 3 podstawowe interesujące elementy, jak wskazano na rysunku 3.8: obszary aktywne, odcięcia i nasycenia . Region aktywny będzie regionem typowo użytecznym dla wzmacniaczy liniowych (niezniekształconych). Konkretnie:

W obszarze aktywnym złącze kolektor-baza będzie spolaryzowane odwrotnie, podczas gdy złącze baza-emiter będzie spolaryzowane do przodu.

Obszar aktywny charakteryzuje się konfiguracjami odchylenia, jak pokazano na ryc. 3.6. Na dolnym końcu obszaru aktywnego prąd emitera (IE) będzie wynosił zero, prąd kolektora jest w tej sytuacji po prostu wynikiem odwrotnego prądu nasycenia ICO, jak pokazano na rys. 3.8.

Obecny ICO jest tak pomijalny (mikroamper) w wymiarze w porównaniu z pionową skalą IC (miliamperów), że przedstawia się praktycznie na tej samej poziomej linii co IC = 0.

Rozważania dotyczące obwodu, które są obecne, gdy IE = 0 dla konfiguracji ze wspólną podstawą, można zobaczyć na rys. 3.9. Adnotacja najczęściej stosowana do ICO w arkuszach danych i arkuszach specyfikacji jest taka, jak wskazano na Rys. 3.9, ICBO. Ze względu na lepsze metody projektowania, stopień ICBO dla tranzystorów ogólnego przeznaczenia (szczególnie krzemu) w zakresie niskiej i średniej mocy jest zwykle tak minimalny, że można przeoczyć jego wpływ.

To powiedziawszy, w przypadku większych urządzeń mocy ICBO może nadal pojawiać się w zakresie mikroamperów. Ponadto pamiętaj, że ICBO, tak jak Jest w przypadku diod (oba są prądami upływu wstecznego) może być podatny na zmiany temperatury.

W podwyższonych temperaturach wpływ ICBO może być kluczowym aspektem, ponieważ może znacznie szybko wzrosnąć w odpowiedzi na wzrost temperatury.

Należy pamiętać, że na rys. 3.8, gdy prąd emitera wzrośnie powyżej zera, prąd kolektora wzrasta do poziomu zasadniczo równoważnego prądowi emitera, ustalonemu przez podstawowe zależności tranzystor-prąd.

Zauważ również, że istnieje dość nieefektywny wpływ VCB na prąd kolektora w aktywnym regionie. Zakrzywione kształty ewidentnie ujawniają, że wstępne oszacowanie związku między IE i IC w aktywnym regionie można przedstawić jako:

Jak wynika z samego tytułu, obszar odcięcia jest rozumiany jako miejsce, w którym prąd kolektora wynosi 0 A, jak pokazano na rys. 3.8. Ponadto:

W obszarze odcięcia złącza kolektor-baza i baza-emiter tranzystora mają tendencję do pracy w trybie spolaryzowania wstecznego.

Obszar nasycenia jest identyfikowany jako sekcja charakterystyk po lewej stronie VCB = 0 V. Skala pozioma w tym obszarze została powiększona, aby wyraźnie pokazać niezwykłe ulepszenia dokonane na atrybutach w tym regionie. Obserwuj wykładniczy wzrost prądu kolektora w odpowiedzi na wzrost napięcia VCB w kierunku 0 V.

Połączenia kolektor-podstawa i baza-emiter można zobaczyć jako odchylone do przodu w obszarze nasycenia.

Charakterystyki wejściowe z rys. 3.7 pokazują, że dla dowolnych z góry określonych wielkości napięcia kolektora (VCB) prąd emitera wzrasta w taki sposób, że może bardzo przypominać charakterystykę diody.

W rzeczywistości wpływ rosnącej VCB jest na ogół tak minimalny, że przy jakiejkolwiek wstępnej ocenie można pominąć różnicę spowodowaną zmianami VCB, a cechy można faktycznie przedstawić, jak pokazano na rys. 3.10a poniżej.

Jeśli zatem wykorzystamy technikę odcinkowo-liniową, da to charakterystykę pokazaną na rys. 3.10b.

Podniesienie tego poziomu w górę i pominięcie nachylenia krzywej, a tym samym oporu generowanego przez skrzyżowanie skierowane w przód, doprowadzi do charakterystyk pokazanych na rys. 3.10c.

Dla wszystkich przyszłych badań, które będą omówione na tej stronie, zostanie zastosowany równoważny projekt z rys. 3.10c dla wszystkich ocen obwodów tranzystorowych DC. Oznacza to, że ilekroć BJT jest w stanie „przewodzenia”, napięcie bazy-emiter będzie rozpatrywane jako wyrażone w następującym równaniu: VBE = 0,7 V (3.4).

Inaczej mówiąc, wpływ zmian wartości VCB wraz z nachyleniem charakterystyk wejściowych będzie zwykle przeoczany, gdy staramy się ocenić konfiguracje BJT w taki sposób, który może pomóc nam uzyskać optymalne przybliżenie do rzeczywista reakcja, bez zbytniego angażowania się w parametr, który może mieć mniejsze znaczenie.

Rysunek 3.10

Wszyscy powinniśmy właściwie dokładnie docenić stwierdzenie wyrażone w powyższych cechach na rys. 3.10c. Określają, że przy tranzystorze w stanie „włączonym” lub aktywnym, napięcie przechodzące od bazy do emitera będzie wynosić 0,7 V dla dowolnej wielkości prądu emitera regulowanego przez powiązaną sieć obwodu zewnętrznego.

Mówiąc dokładniej, dla każdego początkowego eksperymentu z obwodem BJT w konfiguracji prądu stałego, użytkownik może teraz szybko określić, że napięcie przez podstawę do emitera wynosi 0,7 V, gdy urządzenie znajduje się w obszarze aktywnym - można to uznać za wyjątkowo kluczowy wynik końcowy dla wszystkich naszych analiz prądu stałego, które zostaną omówione w nadchodzących artykułach.

Rozwiązywanie praktycznego przykładu (3.1)

W powyższych sekcjach dowiedzieliśmy się, czym jest konfiguracja ze wspólną podstawą w zależności między prądem bazy I do i prąd emitera I JEST BJT w sekcji 3.4. W odniesieniu do tego artykułu możemy teraz zaprojektować konfigurację, która pozwoli BJT na wzmocnienie prądu, jak pokazano na Rys. 3.12 poniżej obwodu wzmacniacza ze wspólną podstawą.

Ale zanim to zbadamy, powinniśmy dowiedzieć się, czym jest alfa (α).

Alfa (a)

W konfiguracji BJT ze wspólną podstawą w trybie dc, ze względu na wpływ większości nośnych, prąd I do i ja JEST tworzą zależność wyrażoną wielkością alfa i przedstawioną jako:

za dc = Ja do / JA JEST -------------------- (3,5)

Gdzie ja do i ja JEST to obecne poziomy na punkt operacji . Chociaż powyższa charakterystyka wskazuje, że α = 1, w rzeczywistych urządzeniach i eksperymentach wielkość ta może wynosić od 0,9 do 0,99, aw większości przypadków zbliżałaby się do maksymalnej wartości zakresu.

Ze względu na fakt, że tutaj alfa jest specjalnie zdefiniowana dla większości przewoźników, rozszerzenie Równanie 3.2 których nauczyliśmy się w poprzednie rozdziały teraz można zapisać jako:

Nawiązując do charakterystyka na wykresie Rys. 3.8 , kiedy ja JEST = 0 mA, I do wartość w konsekwencji staje się = I CBO.

Jednak z naszych poprzednich dyskusji wiemy, że poziom I CBO jest często minimalna i dlatego staje się prawie niezidentyfikowana na wykresie 3.8.

To znaczy, kiedy ja JEST = 0 mA na powyższym wykresie, I. do zamienia się również w 0 mA dla V. CB Zakres wartości.

Jeśli weźmiemy pod uwagę sygnał prądu przemiennego, w którym punkt pracy przemieszcza się po krzywej charakterystycznej, alfa alfa można zapisać jako:

Istnieje kilka formalnych nazw nadanych ac alpha, które są: wspólna podstawa, współczynnik wzmocnienia, zwarcie. Przyczyny tych nazw staną się bardziej widoczne w następnych rozdziałach podczas oceny równoważnych obwodów BJT.

W tym miejscu możemy stwierdzić, że powyższe równanie 3.7 potwierdza, że ​​stosunkowo niewielka zmiana prądu kolektora zostaje podzielona przez wynikową zmianę I JEST , podczas gdy wielkość kolektora do podstawy jest stała.

W większości przypadków ilość za i i za dc są prawie równe, co pozwala na wymianę wielkości między sobą.

Wzmacniacz ze wspólną podstawą

Odchylenie DC nie jest pokazane na powyższym rysunku, ponieważ naszym rzeczywistym zamiarem jest analiza tylko odpowiedzi AC.

Jak dowiedzieliśmy się z naszych wcześniejszych postów dotyczących konfiguracja ze wspólną podstawą , rezystancja wejściowa prądu przemiennego, jak pokazano na rys. 3.7, wygląda na dość minimalną i waha się zwykle w zakresie od 10 do 100 omów. Podczas gdy w tym samym rozdziale widzieliśmy również na rys. 3.8, rezystancja wyjściowa w sieci ze wspólną podstawą wygląda na znacznie wysoką, która może się zmieniać w zakresie od 50 k do 1 M Ohm.

Te różnice w wartościach rezystancji wynikają zasadniczo z połączenia spolaryzowanego w przód pojawiającego się po stronie wejściowej (między bazą a emiterem) i złącza spolaryzowanego odwrotnie pojawiającego się po stronie wyjściowej między bazą a kolektorem.

Stosując typową wartość, powiedzmy 20 omów (jak podano na powyższym rysunku) dla rezystancji wejściowej i 200 mV dla napięcia wejściowego, możemy oszacować poziom wzmocnienia lub zakres po stronie wyjściowej poprzez następujący rozwiązany przykład:

Zatem wzmocnienie napięcia na wyjściu można znaleźć, rozwiązując następujące równanie:

Jest to typowa wartość wzmocnienia napięcia dla dowolnego obwodu BJT ze wspólną podstawą, która może wahać się między 50 a 300. Dla takiej sieci, wzmocnienie prądu IC / IE jest zawsze mniejsze niż 1, ponieważ IC = alphaIE, a alfa jest zawsze mniejsze niż 1.

We wstępnych eksperymentach podstawowe działanie wzmacniające zostało wprowadzone poprzez a transfer obecnego ja od niskiego do wysokiego odporność obwód.

Związek między dwoma wyrażeniami kursywą w powyższym zdaniu faktycznie doprowadził do określenia tranzystor:

przeł do + re sistor = tranzystor.

W następnym samouczku omówimy wzmacniacz ze wspólnym emiterem

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