Odchylenie dzielnika napięcia w obwodach BJT - większa stabilność bez współczynnika beta

Polaryzacja zacisków bipolarnego tranzystora za pomocą obliczonej rezystancyjnej sieci dzielnika w celu zapewnienia optymalnej wydajności i odpowiedzi przełączania nazywa się polaryzacją dzielnika napięcia.

w poprzednie projekty uprzedzeń że nauczyliśmy się prądu odchylenia I CQ i napięcie V. CEQ były funkcją aktualnego wzmocnienia (β) BJT.

Ale ponieważ wiemy, że β może być podatny na zmiany temperatury, szczególnie w przypadku tranzystorów krzemowych, a także prawdziwa wartość beta często nie jest prawidłowo identyfikowana, może być wskazane opracowanie polaryzacji dzielnika napięcia w obwodzie BJT, która może być mniejsza podatne na temperaturę lub po prostu niezależne od samego BJT beta.

Układ polaryzacji dzielnika napięcia z rys. 4.25 można uznać za jeden z tych projektów.

Podczas badania z dokładna podstawa podatność na zmiany w wersji beta wygląda naprawdę skromnie. Jeśli zmienne obwodu są odpowiednio opracowane, poziomy I CQ i V CEQ może być praktycznie całkowicie niezależne od wersji beta.

Pamiętaj z wcześniejszych wyjaśnień, że punkt Q charakteryzuje się stałym poziomem ICQ i VCEQ, jak pokazano na ryc. 4.26.

Stopień I BQ może się zmieniać w zależności od zmian w wersji beta, ale punkt pracy wokół cech określonych przez I. CQ i V CEQ może łatwo pozostać niezmieniony, jeśli zastosowane zostaną odpowiednie wytyczne dotyczące obwodu.

Jak wspomniano powyżej, znajdziesz kilka podejść, które można zastosować do zbadania konfiguracji dzielnika napięcia.

Powód wyboru konkretnych nazw dla tego obwodu stanie się oczywisty podczas naszej analizy i zostanie omówiony w przyszłych postach.

Pierwszy to dokładna technika które można przeprowadzić w dowolnej konfiguracji dzielnika napięcia.

Drugi nazywa się metoda przybliżona, a jego realizacja staje się możliwa, gdy spełnione są określone czynniki. Plik przybliżone podejście umożliwia znacznie bardziej bezpośrednią analizę przy minimalnym wysiłku i czasie.

Dodatkowo może to być bardzo przydatne w „trybie projektowania”, o którym będziemy mówić w dalszych sekcjach.
Ogólnie rzecz biorąc, od „przybliżone podejście” można pracować z większością warunków i dlatego należy je oceniać z takim samym poziomem uwagi, jak „dokładna metoda”.

Dokładna analiza

Nauczmy się, jak metoda dokładna analiza można zaimplementować z następującym wyjaśnieniem

Nawiązując do poniższego rysunku, wejściowa strona sieci może zostać odtworzona, jak pokazano na rys. 4.27 dla analizy prądu stałego.

Plik Odpowiednik Thévenin sieć do projektowania po lewej stronie podstawy BJT B można następnie określić w sposób przedstawiony poniżej:

RTh : Wejściowe punkty zasilania zostały zastąpione przez równoważne zwarcie, jak pokazano na Rys. 4.28 poniżej.

ETh: Źródło napięcia zasilania V. DC jest ponownie doprowadzany do obwodu, a napięcie otwartego obwodu Thévenina, jak pokazano na Rys. 4.29 poniżej, jest oceniane w następujący sposób:

Realizując zasadę dzielnika napięcia dochodzimy do następującego równania:

Następnie, odtwarzając projekt Thévenina, jak pokazano na ryc. 4.30, oceniamy I BQ stosując najpierw prawo napięcia Kirchhoffa w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara dla pętli:

ETh - IBRTh - VBE - IERE = 0

Jak wiemy IE = (β + 1) b Podstawiając go w powyższej pętli i rozwiązując dla I b daje:

Równanie. 4.30

Na pierwszy rzut oka możesz poczuć Eq. (4.30) wygląda zupełnie inaczej niż pozostałe równania, które zostały opracowane do tej pory, jednak bliższe przyjrzenie się pokaże, że licznik to tylko różnica dwóch poziomów woltów, podczas gdy mianownik jest wynikiem rezystancji bazy + rezystora emitera, co jest odzwierciedlone przez (β + 1) i bez wątpienia jest bardzo podobny do równania. (4,17) ( Podstawowa pętla emitera )

Po obliczeniu IB za pomocą powyższego równania, pozostałe wielkości w projekcie można zidentyfikować tą samą metodą, jak w przypadku sieci polaryzacji emitera, jak pokazano poniżej:

Równanie (4.31)

Rozwiązywanie praktycznego przykładu (4.7)
Oblicz napięcie polaryzacji DC V. TO a obecny I do w pokazanej poniżej sieci dzielnika napięcia Rys. 4.31

Rysunek 4.31 Obwód stabilizowany beta dla przykładu 4.7.

Przybliżona analiza

W powyższej sekcji poznaliśmy „dokładną metodę”, tutaj omówimy „przybliżoną metodę” analizy dzielnika napięcia obwodu BJT.

Możemy narysować stopień wejściowy sieci dzielnika napięcia opartego na BJT, jak pokazano na rysunku 4.32 poniżej.

Rezystancja Ri może być traktowana jako równoważnik rezystancji między linią bazową a masą obwodu, a RE jako rezystor między emiterem a masą.

Z naszych poprzednich dyskusji [Rów. (4.18)] wiemy, że opór odtwarzany lub odbijany między podstawą / emiterem BJT jest wyjaśniony przez równanie Ri = (β + 1) RE.

Jeśli weźmiemy pod uwagę sytuację, w której Ri jest znacznie większa niż rezystancja R2, spowoduje to, że IB będzie relatywnie mniejsze niż I2 (pamiętaj, że prąd zawsze próbuje znaleźć i przesunąć się w kierunku minimalnego oporu), a zatem I2 obróci się w przybliżeniu równym I1.

Zakładając, że przybliżona wartość IB jest zasadniczo równa zeru w stosunku do I1 lub I2, to I1 = I2, a R1 i R2 można uznać za elementy szeregu.

Rysunek 4.32 Obwód częściowego polaryzacji do obliczania przybliżonego napięcia podstawowego V b .

Napięcie na R2, które pierwotnie było napięciem podstawowym, można oszacować, jak pokazano poniżej, stosując regułę dzielnika napięcia:

Od teraz Ri = (β + 1) RE ≅ b RE, o warunku potwierdzającym, czy wykonanie metody przybliżonej jest wykonalne, czy nie, decyduje równanie:

Mówiąc najprościej, jeśli wartość RE pomnożona przez wartość β jest nie mniejsza niż 10-krotność wartości R2, to można pozwolić na wykonanie przybliżonej analizy z optymalną precyzją

Po oszacowaniu VB, wielkość VE można określić za pomocą równania:

podczas gdy prąd emitera można obliczyć stosując wzór:

Napięcie od kolektora do emitera można zidentyfikować za pomocą następującego wzoru:

VCE = VCC - ICRC - IERE

Jednak od tego czasu IE ≅ IC, dochodzimy do następującego równania:

Należy zauważyć, że w serii obliczeń, które wykonaliśmy z równania. (4.33) do równania. (4.37), element β nigdzie nie występuje, a IB nie zostało obliczone.

Oznacza to, że punkt Q (ustalony przez I. CQ i V CEQ ) w rezultacie nie jest zależne od wartości β
Praktyczny przykład (4.8):

Zastosujmy analizę do naszej wcześniejszej Rysunek 4.31 , stosując podejście przybliżone i porównaj rozwiązania dla ICQ i VCEQ.

Tutaj zauważamy, że poziom VB jest identyczny z poziomem ETh, jak oceniono w naszym poprzednim przykładzie 4.7. Zasadniczo oznacza to, że na różnicę między przybliżoną analizą a dokładną analizą ma wpływ RTh, który jest odpowiedzialny za oddzielenie ETh i VB w dokładnej analizie.

Idąc naprzód,

Następny przykład 4.9

Przeprowadźmy dokładną analizę przykładu 4.7, jeśli β zmniejszy się do 70, i znajdźmy różnicę między rozwiązaniami dla ICQ i VCEQ.

Rozwiązanie
Ten przykład nie może być traktowany jako porównanie między strategiami dokładnymi i przybliżonymi, a jedynie do testowania stopnia, w jakim punkt Q może się przesunąć w przypadku zmniejszenia wielkości β o 50%. RTh i ETh są podane jako takie same:

Uporządkowanie wyników w formie tabelarycznej daje nam:

Z powyższej tabeli możemy wyraźnie wywnioskować, że obwód stosunkowo nie reaguje na zmiany poziomów β. Pomimo faktu, że wielkość β została znacznie zmniejszona o 50%, z wartości 140 do 70, chociaż wartości ICQ i VCEQ są w zasadzie takie same.

Następny przykład 4.10

Oceń poziomy I CQ i V CEQ dla sieci dzielnika napięcia, jak pokazano na rys. 4.33, stosując dokładny i przybliżony podejść i porównać otrzymane rozwiązania.

W obecnym scenariuszu warunki podane w równaniu. (4.33) może nie być usatysfakcjonowany, jednak odpowiedzi mogą pomóc nam zidentyfikować różnicę w rozwiązaniu z warunkami równania. (4.33) nie są brane pod uwagę.
Rysunek 4.33 Dzielnik napięcia sieć dla przykładu 4.10.

Rozwiązywanie za pomocą analizy dokładnej:

Rozwiązywanie za pomocą przybliżonej analizy:


Z powyższych ocen możemy zobaczyć różnicę między wynikami uzyskanymi metodami dokładnymi i przybliżonymi.

Wyniki pokazują, że ja CQ jest około 30% wyższa dla metody przybliżonej, natomiast V CEQ jest o 10% niższa. Chociaż wyniki nie są do końca identyczne, biorąc pod uwagę fakt, że βRE jest tylko 3 razy większe niż R2, w rzeczywistości wyniki nie są również zbyt duże.

Powiedział, że w naszej przyszłej analizie będziemy polegać głównie na równaniu. (4.33), aby zapewnić maksymalne podobieństwo między dwiema analizami.