Feszültségosztó torzítás a BJT áramkörökben - nagyobb stabilitás béta faktor nélkül

A bipoláris tranzisztor termináljainak előfeszítését az optimális teljesítmény és a kapcsolási válasz biztosításához kiszámított rezisztív osztóhálózat alkalmazásával feszültségosztó előfeszítésnek nevezzük.

Ban,-ben korábbi elfogultsági minták hogy megtanultuk a torzító áramot I CQ és V feszültség CEQ a BJT jelenlegi erősítésének (β) függvényei voltak.

De mivel tudjuk, hogy a β érzékeny lehet a hőmérséklet-változásokra, különösen a szilícium-tranzisztorok esetében, és a béta valódi értéke is gyakran nincs megfelelően meghatározva, tanácsos lehet egy feszültség-osztó torzítás kialakítása a BJT áramkörben, amely lehet kisebb hőmérsékletre hajlamos, vagy egyszerűen független magától a BJT bétától.

A 4.25. Ábra szerinti feszültségosztó előfeszítési elrendezés ezen konstrukciók egyikének tekinthető.

Ha egy pontos alap a béta változatokra való hajlam nagyon szerénynek tűnik. Ha az áramköri változókat megfelelően kidolgozták, akkor az I szintek CQ és V CEQ gyakorlatilag teljesen független lehet a bétától.

Ne feledje a korábbi magyarázatokból, hogy a Q-pontot rögzített ICQ és VCEQ szint jellemzi, amint azt a 4.26. Ábra mutatja.

Az I fokozata BQ a béta változataitól függően változhat, de az I által azonosított jellemzők körüli működési pont CQ és V CEQ a megfelelő áramköri irányelvek alkalmazása esetén könnyen változatlan maradhat.

Mint fent említettük, talál néhány megközelítést, amelyek felhasználhatók a feszültségosztó beállításának vizsgálatára.

Ennek az áramkörnek a konkrét nevei kiválasztásának oka kiderül elemzésünk során, és a későbbi bejegyzésekben megvitatjuk.

A legelső az pontos technika amely bármilyen feszültségosztó beállításnál elvégezhető.

A másodikat nevezzük hozzávetőleges módszer, végrehajtása pedig bizonyos tényezők teljesülése esetén válik kivitelezhetővé. Az megközelítő megközelítés sokkal közvetlenebb elemzést tesz lehetővé minimális erőfeszítéssel és idővel.

Ez nagyon hasznos lehet a „tervezési módban”, amelyről a későbbi szakaszokban lesz szó.
Összességében, mivel a „hozzávetőleges megközelítés” a legtöbb feltétellel meg lehet dolgozni, ezért ugyanolyan figyelemmel kell értékelni, mint a „pontos módszer”.

Pontos elemzés

Tanuljuk meg, hogy a módszer pontos elemzés a következő magyarázattal valósítható meg

Az alábbi ábrára hivatkozva a hálózat bemeneti oldala reprodukálható, ahogy azt a 4.27. Ábra mutatja az egyenáramú elemzéshez.

Az Thévenin megfelelője hálózatot a BJT B alap bal oldalán a tervezéshez az alábbiakban bemutatott módon lehet meghatározni:

RTh : A bemeneti táppontokat ekvivalens rövidzárlattal helyettesítik, amint az az alábbi 4.28. Ábrán látható.

ETh: A tápfeszültség forrása V DC visszavezetjük az áramkörre, és az alábbi 4.29. ábrán látható nyitott áramkörű Thévenin feszültséget az alábbiak szerint értékeljük:

A feszültségosztó szabály végrehajtásával a következő egyenlethez jutunk:

Ezután a Thévenin-forma újrateremtésével, ahogy azt a 4.30. Ábra szemlélteti, kiértékeljük az I-t BQ először Kirchhoff feszültségtörvényét az óramutató járásával megegyező irányban alkalmazva a hurokra:

ETh - IBRTh - VBE - IERE = 0

Mint tudjuk IE = (β + 1) B Helyettesítve a fenti ciklusban, és megoldva az I-et B ad:

Egyenlet. 4.30

Első pillantásra úgy érezheti, hogy egyenlő. (4.30) egészen másnak tűnik, mint a többi eddig kidolgozott egyenlet, azonban közelebbről megvizsgálva kiderül, hogy a számláló csak két voltos különbség, míg a nevező az alapellenállás + az emitteres ellenállás eredménye, ami tükröződik által (β + 1) és kétségkívül nagyon hasonlít az Eq. (4.17) ( Alap kibocsátó hurok )

Miután az IB kiszámításra került a fenti egyenleten keresztül, a tervezés többi nagyságát azonos módszerrel azonosíthatjuk, mint az emitter-torzítású hálózathoz, ahogyan az alábbiakban látható:

(4.31.) Egyenlet

Gyakorlati példa megoldása (4.7)
Számítsa ki a DC egyenfeszültség V feszültségét EZ és a jelenlegi I C az alább látható feszültségosztó hálózatban 4.31

4.31. Ábra Béta-stabilizált áramkör a 4.7. Példához.

Hozzávetőleges elemzés

A fenti szakaszban megtanultuk a „pontos módszert”, itt megvitatjuk a „közelítő módszert” egy BJT áramkör feszültségosztójának elemzéséhez.

Megrajzolhatjuk egy BJT alapú feszültségosztó hálózat bemeneti szakaszát az alábbi 4.32. Ábra szerint.

Az Ri ellenállást az áramkör alap- és földvezetéke közötti ellenállási egyenértéknek, az RE-t pedig a kibocsátó és a föld közötti ellenállásnak tekinthetjük.

Korábbi megbeszéléseinkből [Eq. (4.18)] tudjuk, hogy a BJT bázisa / kibocsátója között reprodukált vagy visszavert ellenállást az egyenlet fejti ki Ri = (β + 1) RE.

Ha figyelembe vesszük azt a helyzetet, amikor Ri jelentősen nagyobb, mint az R2 ellenállás, akkor az IB viszonylag kisebb lesz, mint az I2 (ne feledje, hogy az áram mindig megpróbálja megtalálni és elmozdulni a minimális ellenállás irányába), és így az I2 megközelítőleg megegyezik az I1-gyel.

Figyelembe véve az IB hozzávetőleges értékét nulla az I1 vagy I2 vonatkozásában, akkor I1 = I2, R1 és R2 sorozatelemeknek tekinthető.

4.32. Ábra Részleges előfeszítő áramkör a hozzávetőleges V alapfeszültség kiszámításához B .

Az R2 feszültsége, amely eredetileg az alapfeszültség lenne, az alábbiak szerint értékelhető a feszültségosztó szabályhálózat alkalmazásával:

Most azóta Ri = (β + 1) RE ≅ b ÚJRA, azt a feltételt, amely megerősíti, hogy a közelítő módszer végrehajtása megvalósítható-e vagy sem, az egyenlet határozza meg:

Egyszerűen fogalmazva, ha az RE érték a β értékének a szorosa, nem kevesebb, mint az R2 értékének tízszerese, akkor engedélyezhető a közelítő elemzés optimális pontossággal történő végrehajtása

A VB kiértékelése után a VE nagyságát az alábbi egyenlettel lehetett meghatározni:

míg az emitteráram a következő képlet alkalmazásával számolható ki:

A kollektor és az emitter közötti feszültség a következő képlet segítségével azonosítható:

VCE = VCC - ICRC - IERE

Azóta azonban IE ≅ IC, a következő egyenlethez jutunk:

Meg kell jegyezni, hogy abban a számítási sorozatban, amelyet az Eq. (4.33.) Az Eq. (4.37) ,, a β elemnek nincs sehol, és az IB-t nem számolták ki.

Ez azt jelenti, hogy a Q-pont (amelyet az I CQ és V CEQ ) ennek eredményeként nem függ a β értékétől
Gyakorlati példa (4.8.):

Alkalmazzuk az elemzést korábbi 4.31. Ábra , közelítő megközelítést alkalmazva, és hasonlítsa össze az ICQ és a VCEQ megoldásait.

Itt megfigyelhetjük, hogy a VB szintje megegyezik az ETh szintjével, ahogyan azt az előző 4.7 példánkban értékeltük. Ez lényegében azt jelenti, hogy a hozzávetőleges elemzés és a pontos elemzés közötti különbséget az RTh befolyásolja, amely felelős az ETh és a VB elválasztásáért a pontos elemzésben.

Előre haladni,

Következő 4.9. Példa

Végezzük el a 4.7. Példa pontos elemzését, ha a β 70-re csökken, és derítsük ki az ICQ és VCEQ oldatok közötti különbséget.

Megoldás
Ez a példa nem tekinthető összehasonlításnak a pontos és a közelítő stratégiák között, inkább csak annak tesztelésére, hogy a Q-pont milyen mértékben mozoghat, ha a β nagysága 50% -kal csökken. Az RTh és az ETh azonosak:

Az eredmények táblázatos elrendezése a következőket biztosítja számunkra:

A fenti táblázatból egyértelműen kitalálhatjuk, hogy az áramkör viszonylag nem reagál a β-szintek változására. Annak ellenére, hogy a β nagysága jelentősen, 50% -kal csökkent, a 140-ről 70-re, bár az ICQ és a VCEQ értéke alapvetően megegyezik.

Következő példa 4.10

Értékelje az I szintjét CQ és V CEQ a feszültségosztó hálózatra a 4.33. ábra szerint a pontos és hozzávetőleges megközelítéseket és hasonlítsa össze a kapott megoldásokat.

A jelen forgatókönyv szerint az egyenletben megadott feltételek (4.33.) Nem biztos, hogy teljesülnek, azonban a válaszok segíthetnek abban, hogy azonosítsuk a megoldás különbségét az Eq feltételeivel. (4.33.) Figyelmen kívül hagyása.
4.33. Ábra Feszültségosztó hálózat a 4.10. példához.

Megoldás pontos elemzéssel:

Megoldás hozzávetőleges elemzés segítségével:


A fenti értékelések alapján láthatjuk a különbséget az egzakt és a közelítő módszerekkel elért eredmények között.

Az eredményekből kiderül, hogy én CQ körülbelül 30% -kal magasabb a hozzávetőleges módszer esetében, míg V CEQ 10% -kal alacsonyabb. Bár az eredmények nem teljesen azonosak, figyelembe véve azt a tényt, hogy a βRE csak háromszor nagyobb, mint az R2, az eredmények valójában nem is túl szélesek.

Azt mondta, hogy jövőbeni elemzésünk során túlnyomórészt az egyenletre fogunk támaszkodni. (4.33.) A két elem maximális hasonlóságának biztosítása érdekében.