A közös alapkonfiguráció megértése a BJT-kben

Ebben a szakaszban elemezni fogjuk a BJT közös alap konfigurációját, és megismerjük a hajtási pont jellemzőit, a fordított telítettségi áramot, az alap és az emitter közötti feszültséget, és egy praktikus megoldott példán keresztül értékeljük a paramétereket. A későbbi részekben azt is elemezzük, hogyan lehet konfigurálni a közös alapú erősítő áramkört

Bevezetés

A tranzisztor közös bázis konfigurációjának ábrázolására használt szimbólumok és kommentárok a legtöbb esetben
a manapság kinyomtatott könyvek és útmutatók az alább látható ábrán láthatók. 3.6. Ez igaz lehet mind a pnp, mind az npn tranzisztorokra.

3.6. Ábra

3.4 Mi a Common-Base konfiguráció

A „közös bázis” kifejezés abból adódik, hogy itt az alap közös az elrendezés bemeneti és kimeneti szakaszában egyaránt.

Ezenkívül az alap jellemzően a földpotenciálhoz legközelebb eső vagy ott lévő terminál lesz.

Itt folytatott beszélgetésünk során az összes áram (Ampere) irányt a hagyományos (lyuk) áramlási irányhoz viszonyítjuk, és nem az elektron áramlási irányához.

Ez a kiválasztás elsősorban azzal a gonddal dőlt el, hogy az akadémiai és kereskedelmi szervezetek számára kínált nagy mennyiségű dokumentum a hagyományos folyamatokat valósítja meg, és minden elektronikus reprezentációban a nyilaknak van egy útja, amelyet ezzel a konkrét egyezménnyel azonosítanak.

Bármely bipoláris tranzisztor esetén:

A grafikus szimbólumban található nyíl jelöli a sugárzó áram (a hagyományos áramlás) áramlásának irányát a tranzisztoron.

A 3.6. Ábrán feltüntetett áram (Amp) mindegyik a valódi irány, amelyet a hagyományos áramlás kiválasztása jellemez. Minden esetben vegye figyelembe, hogy IE = IC + IB.

Ezenkívül vegye figyelembe, hogy az alkalmazott előfeszítés (feszültségforrások) kifejezetten az áram meghatározására szolgál az egyes csatornákhoz megadott irányban. Jelentés: hasonlítsa össze az IE irányát az egyes konfigurációk polaritásával vagy VEE-vel, és hasonlítsa össze az IC irányát a VCC polaritásával is.

Átfogóan szemléltetni egy három terminálos egység, például a közös alapú erősítők a 3.6. ábrán 2 tulajdonságkészletet igényel - egyet a vezetési pont vagy input tényezők, a másik pedig a Kimenet szakasz.

A 3.7. Ábrán látható közös alapú erősítő bemeneti egysége bemeneti áramot (IE) alkalmaz
feszültség (VBE) a kimeneti feszültség (VCB) különféle tartományaihoz.

A kimeneti készlet kimeneti áramot (IC) alkalmaz a kimeneti feszültséghez (VCB) a bemeneti áram (IE) különböző tartományaihoz, amint azt a 3.8. ábra bemutatja. A kimenetnek vagy a kollektorjellemzők csoportjának 3 alapvető eleme van, amint arra a 3.8. Ábra rámutatott: az aktív, a cutoff és a saturation régiókat . Az aktív régió az a régió, amely általában lineáris (torzítás nélküli) erősítőknél hasznos. Kimondottan:

Az aktív régión belül a kollektor-alap csomópont fordított, míg az alap-emitter csomópont előre irányú.

Az aktív régiót a torzító konfigurációk jellemzik, amint azt a 3.6. Ábra mutatja. Az aktív régió alsó végén az emitteráram (IE) nulla lesz, a kollektoráram ebben a helyzetben egyszerűen az ICO fordított telítettségi áram eredményeként jön létre, amint azt a 3.8. Ábra szemlélteti.

A jelenlegi ICO annyira elhanyagolható (mikroamper) dimenzióban van az IC vertikális skálájához képest (milliamper), hogy gyakorlatilag ugyanazon a vízszintes vonalon jelenik meg, mint az IC = 0.

Az áramköri szempontok, amelyek akkor vannak jelen, amikor IE = 0 a közös bázis beállításához, a 3.9. Ábrán láthatók. Az adatlapokon és a specifikációs lapokon az ICO-hoz leggyakrabban alkalmazott annotációt az ICBO 3.9. Ábra mutatja. Kiváló tervezési módszerek miatt az általános célú tranzisztorok (különösen a szilícium) ICBO-foka az alacsony és a közepes teljesítmény tartományában általában annyira minimális, hogy a hatását figyelmen kívül lehet hagyni.

Ennek ellenére nagyobb teljesítményű készülékek esetében az ICBO továbbra is megjelenhet a mikroampere tartományban. Emlékezzen továbbá arra az ICBO-ra, akárcsak Is diódák esetén (mindkettő fordított szivárgási áram) érzékeny lehet a hőmérséklet változásaira.

Megnövekedett hőmérsékleten az ICBO hatása kulcsfontosságú lehet, mivel jelentősen gyorsan megemelkedhet a hőmérséklet-emelkedések hatására.

Figyeljen a 3.8. Ábrára, amikor az emitteráram nulla fölé emelkedik, a kollektoráram olyan szintre emelkedik, amely elsősorban egyenértékű az emitterárammal, amelyet az alapvető tranzisztor-áramviszonyok állapítanak meg.

Vegye figyelembe azt is, hogy a VCB eléggé hatástalanul befolyásolja az aktív régió kollektoráramát. Az ívelt alakok nyilvánvalóan feltárják, hogy az IE és az IC közötti kapcsolatra vonatkozó kezdeti becslés az aktív régióban a következőképpen mutatható be:

Magából a címéből következtetve, a levágási régió alatt azt a helyet értjük, ahol a kollektoráram 0 A, amint azt a 3.8. Ábra bemutatja. Továbbá:

A levágási régióban a tranzisztor kollektor-bázis és bázis-emitter csomópontjai fordított előfeszített módban vannak.

A telítési régió a jellemzőknek az a része, amelyet a VCB = 0 V bal oldalán kereszteznek. A vízszintes skála ezen a területen kibővült, hogy egyértelműen feltárja az ebben a régióban az attribútumokon végzett figyelemre méltó fejlesztéseket. Figyelje meg a kollektor áramának exponenciális növekedését a VCB feszültség 0 V felé történő növekedésére reagálva.

A kollektor-bázis és a bázis-emitter csomópontok előre láthatónak tekinthetők a telítettségi régióban.

A 3.7. Ábra bemeneti jellemzői azt mutatják, hogy a kollektorfeszültség (VCB) bármely előre meghatározott nagysága esetén az emitteráram olyan módon növekszik, hogy erősen hasonlíthat a dióda jellemzőihez.

Valójában az emelkedő VCB hatása annyira minimális a jellemzőkre, hogy bármely előzetes értékelésnél a VCB eltérései által okozott különbségeket figyelmen kívül lehet hagyni, és a jellemzőket ténylegesen ábrázolni lehet, amint az az alábbi 3.10a. Ábrán látható.

Ha ezért a darabonkénti lineáris technikát alkalmazzuk, akkor ez a 3.10b. Ábrán bemutatott jellemzőket eredményezi.

Ha ezt az egy szintet feljebb vesszük, és figyelmen kívül hagyjuk a görbe meredekségét és következésképpen az elõre torzított elágazás miatti ellenállást, a 3.10c. Ábrán bemutatott jellemzõkhöz vezetünk.

Az összes jövőbeni vizsgálat során, amelyet ezen a weboldalon tárgyalunk, a 3.10c. Ábra megfelelő tervét kell alkalmazni a tranzisztor áramkörök összes egyenáramú kiértékeléséhez. Ez azt jelenti, hogy amikor egy BJT „vezető” állapotban van, akkor a bázis-emitter feszültséget figyelembe kell venni a következő egyenletben kifejezve: VBE = 0,7 V (3,4).

Másképp fogalmazva: a VCB értékében bekövetkező változások és a bemeneti jellemzők meredekségének hatása általában figyelmen kívül marad, mivel erőfeszítéseket teszünk arra, hogy a BJT konfigurációit úgy értékeljük, hogy ez segítsen optimális közelítés megszerzésében a tényleges válasz, anélkül, hogy túlságosan bevonnánk magunkat egy olyan paraméterbe, amely kevésbé lehet jelentős.

3.10. Ábra

Mindannyiunknak alaposan értékelnünk kell a 3.10c. Ábra fenti jellemzőiben kifejezett állítást. Meghatározták, hogy a tranzisztor bekapcsolt vagy aktív állapotában az alapról az emitterre mozgó feszültség 0,7 V lesz a kibocsátó áram bármely mennyiségére, amelyet a társított külső áramkör hálózat szabályoz.

Pontosabban: a DC konfigurációban lévő BJT áramkörrel végzett bármilyen kezdeti kísérlethez a felhasználó most gyorsan meghatározhatja, hogy a bázistól az emitterig terjedő feszültség 0,7 V, miközben az eszköz aktív régióban van - ez rendkívül rendkívüli tényezőnek tekinthető. kulcsfontosságú a DC elemzésünk szempontjából, amelyet a következő cikkek tárgyalnak.

Gyakorlati példa megoldása (3.1)

A fenti szakaszokban megtudtuk, mi a közös bázis konfiguráció az I alapáram viszonyáról C és sugárzó áramot I IS egy BJT-t a 3.4. szakaszban. Erre a cikkre hivatkozva most megtervezhetünk egy olyan konfigurációt, amely lehetővé teszi a BJT számára az áram erősítését, amint azt a közös bázisú erősítő áramkör alatt a 3.12. Ábra mutatja.

De mielőtt ezt megvizsgálnánk, fontos lenne, hogy megtanuljuk, mi az alfa (α).

Alfa (a)

Közös bázisú BJT konfigurációban egyenáramú üzemmódban a többségi vivők hatása miatt az áram I C és én IS kapcsolatot alakít ki az alfa mennyiségben kifejezve, és a következőképpen jelenik meg:

a egyenáram = I C / I IS -------------------- (3.5)

ahol én C és én IS a jelenlegi szint a működési pont . Noha a fenti jellemző azt jelzi, hogy α = 1, valós eszközökben és kísérletekben ez a mennyiség 0,9 és 0,99 között lehet, és a legtöbb esetben ez a tartomány maximális értéke felé közelít.

Annak a ténynek köszönhetően, hogy itt az alfa kifejezetten a többségi hordozókra van meghatározva, az Eq 3.2 amelyet a előző fejezetek most így írhatjuk:

Hivatkozva a grafikonra jellemző 3.8 , amikor én IS = 0 mA, I C érték következésképp = I lesz CBO.

Korábbi megbeszéléseinkből azonban tudjuk, hogy az I CBO gyakran minimális, ezért szinte azonosíthatatlanná válik a 3.8 grafikonon.

Jelentem, valahányszor én IS = 0 mA a fent említett grafikonon, I C szintén 0 mA-re változik a V számára CB értéktartomány.

Ha egy váltakozó áramú jelet veszünk figyelembe, ahol a működési pont a jelleggörbén halad át, akkor az AC alfa leírása:

Az ac alfának néhány hivatalos nevet adnak, amelyek: közös bázis, erősítési tényező, rövidzárlat. Ezeknek a neveknek az okai a következő fejezetekben jobban megmutatkoznak, miközben értékeljük a BJT ekvivalens áramköreit.

Ezen a ponton megállapíthatjuk, hogy a fenti 3.7. Egyenlet megerősíti, hogy a kollektoráram viszonylag szerény változása eloszlik az I eredő változásával. IS , miközben a kollektor-bázis állandó nagyságú.

Többségi körülmények között a a és és a egyenáram szinte egyenlőek, lehetővé téve a nagyságcserét egymás között.

Közös bázisú erősítő

A DC feszültséget a fenti ábra nem mutatja, mivel tényleges szándékunk csak az AC válasz elemzése.

Ahogy azt a korábbi bejegyzéseinkben megtudtuk közös bázis konfiguráció ábrán látható bemeneti váltakozó áramú ellenállás meglehetősen minimálisnak tűnik, és jellemzően 10 és 100 ohm tartományon belül változik. Míg ugyanabban a fejezetben a 3.8. Ábrán is láthattuk, a közös bázisú hálózat kimeneti ellenállása jelentősen magasnak tűnik, amely általában 50 k és 1 M Ohm közötti tartományban változhat.

Ezek az ellenállási értékek különbségei alapvetően a bemeneti oldalon megjelenő előre irányú csomópont (a bázis és az emitter között), valamint a bázis és a kollektor közötti kimeneti oldalon megjelenő fordított előfeszített csomópont miatt következnek be.

Ha mondjuk 20 Ohm értéket (a fenti ábrán látható módon) alkalmazzuk a bemeneti ellenálláshoz, és 200mV-ot a bemeneti feszültséghez, ki tudjuk értékelni a erősítési szint vagy tartomány a kimeneti oldalon a következő megoldott példán keresztül:

Így a kimenet feszültségerősítése a következő egyenlet megoldásával található meg:

Ez egy tipikus feszültségerősítési érték bármely közös bázisú BJT áramkör számára, amely 50 és 300 között változhat. Ilyen hálózat esetén az áramerősítés IC / IE mindig kisebb, mint 1, mivel IC = alfaIE, és az alfa mindig kisebb, mint 1.

Az előzetes kísérletek során az alapvető amplifikációs hatást a átruházás a jelenlegi én alacsony és magas között ellenállás áramkör.

A fenti mondat két dőlt mondata közötti kapcsolat tulajdonképpen a tranzisztor kifejezést eredményezte:

ford do + re nővér = tranzisztor.

A következő oktatóanyagban megvitatjuk a Common-Emitter erősítőt

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