Tässä osiossa aiomme analysoida BJT: n yhteisen kannan kokoonpanoa ja oppia sen käyttökohdan ominaisuuksista, käänteisestä kyllästysvirrasta, emäksen ja emitterin jännitteestä ja arvioimaan parametrit käytännön ratkaistun esimerkin avulla. Myöhemmissä osissa analysoimme myös yhteisen kannan vahvistinpiirin konfigurointia

Johdanto

Symbolit ja merkinnät, joita käytetään transistorin yhteisen tukiaseman kokoonpanon esittämiseen useimmissa
näinä päivinä painetut kirjat ja oppaat voidaan nähdä alla olevassa kuvassa. Kuva 3.6 Tämä voi olla totta sekä pnp- että npn-transistoreille.

Kuva 3.6

3.4 Mikä on Common-Base Configuration

Termi 'yhteinen perusta' johtuu siitä, että tässä tukiasema on yhteinen sekä järjestelyn tulo- että lähtövaiheelle.

Lisäksi emäksestä tulee tyypillisesti maapotentiaalia lähinnä oleva tai sen päällä oleva pääte.

Koko täällä käytävän keskustelumme aikana kaikki nykyiset (ampeeri) suunnat otetaan suhteessa tavanomaiseen (reikä) virtaussuuntaan eikä elektronivirtaussuuntaan.

Tämä valinta on päätetty pääasiassa huolenaiheena siitä, että akateemisille ja kaupallisille järjestöille tarjottava suuri määrä asiakirjoja toteuttaa tavanomaisen virtauksen, ja jokaisessa sähköisessä esityksessä olevilla nuolilla on polku, joka on identifioitu tähän erityiseen sopimukseen.

Kaikille bipolaarisille transistoreille:

Nuolimerkki graafisessa symbolissa kuvaa emitterivirran (tavanomainen virtaus) virtaussuunnan transistorin yli.

Jokainen kuvassa 3.6 näkyvä virta (Amp) on aito suunta, jolle on tunnusomaista tavanomaisen virtauksen valinta. Huomaa kussakin tapauksessa, että IE = IC + IB.

Huomaa lisäksi, että toteutetun esijännityksen (jännitelähteet) on nimenomaan varmistettava virta kullekin kanavalle määritetyssä suunnassa. Merkitys, vertaa IE: n suuntaa napaisuuteen tai VEE: hen kullekin kokoonpanolle ja vertaa myös IC: n suuntaa VCC: n napaisuuteen.

Esimerkiksi kolmen päätelaitteen yksiköiden toimintojen havainnollistamiseksi kattavasti yhteisen kannan vahvistimet vaatii kuvassa 3.6 kaksi ominaisuusjoukkoa - yhden mallille ajo kohta tai syöttökertoimet ja toinen ulostulo -osiossa.

Kuvan 3.7 mukainen yhteisen kannan vahvistimen tulojoukko käyttää tulovirtaa (IE) tuloon
jännite (VBE) useille lähtöjännitealueille (VCB).

ulostulosarja käyttää lähtövirtaa (IC) lähtöjännitteelle (VCB) useille tulovirran alueille (IE), kuten kuvassa 3.8 on esitetty. Tuotoksella tai kerääjän ominaisuuksien ryhmällä on kolme mielenkiintoista elementtiä, kuten kuvassa 3.8 todetaan: aktiiviset, raja-alueet ja kyllästysalueet . Aktiivinen alue on alue, joka on tyypillisesti käyttökelpoinen lineaarisille (vääristymättömille) vahvistimille. Erityisesti:

Aktiivisella alueella kollektorin ja emäksen välinen risteys on päinvastainen, kun taas emäksen ja emitterin risteys on esijännitetty.

Aktiiviselle alueelle on tunnusomaista kuvassa 3.6 esitetyt esijännityskokoonpanot. Aktiivisen alueen alapäässä emitterivirta (IE) on nolla, kollektorivirta on tässä tilanteessa yksinkertaisesti käänteisen kyllästysvirran ICO seurauksena, kuten kuvassa 3.8 on esitetty.

yhteisen kannan kokoonpanon kerääjän ominaisuudet

Nykyinen ICO on niin mitätön (mikroamperit) mitoiltaan verrattuna IC: n pystysuuntaiseen asteikoon (milliampeerit), että se esiintyy käytännössä samalla vaakasuoralla viivalla kuin IC = 0.

Piirinäkökohdat, jotka esiintyvät, kun IE = 0 yhteisen tukiaseman kokoonpanossa, voidaan nähdä kuvasta 3.9. ICO: lle useimmin sovellettu merkintä tietolomakkeissa ja tietolomakkeissa on esitetty kuvassa 3.9, ICBO. Parempien suunnittelumenetelmien vuoksi yleiskäyttöisten transistoreiden (erityisesti pii) ICBO-aste matalan ja keskitehon alueella on yleensä niin minimaalinen, että sen vaikutukset voidaan jättää huomiotta.

yhteisen tukiaseman verkon käänteinen kylläisyys

Tästä huolimatta ICBO saattaa suurempien voimalaitteiden edelleen näkyä mikroampereiden alueella. Muista lisäksi, että ICBO, aivan kuten On diodit (molemmat ovat päinvastaiset vuotovirrat) voivat olla alttiita lämpötilan muutoksille.

Korotetuissa lämpötiloissa ICBO: n vaikutus voi olla ratkaiseva tekijä, koska se voi nousta huomattavasti nopeasti vasteena lämpötilan nousulle.

Huomaa kuvassa 3.8, kun emitterivirta nousee yli nollan, kollektorivirta nousee tasolle, joka vastaa ensisijaisesti emitterivirran tasoa, joka on määritetty transistorin ja virran perussuhteissa.

Huomaa myös, että VCB: llä on melko tehoton vaikutus aktiivisen alueen kollektorivirtaan. Kaarevat muodot paljastavat ilmeisesti, että alkuperäinen arvio IE: n ja IC: n suhteesta aktiivisella alueella voidaan esittää seuraavasti:

Kuten otsikosta itsestään päätellään, katkaisualueeksi katsotaan paikka, jossa kollektorivirta on 0 A, kuten kuviossa 3.8 on esitetty. Lisäksi:

Katkaisualueella transistorin kollektori-emäs- ja emäs-emitteriliitännät ovat yleensä päinvastaisessa esijännitetilassa.

Saturaatioalue tunnistetaan ominaisuuksien osaksi VCB = 0 V: n vasemmalla puolella. Tämän alueen vaakatasoa on laajennettu, jotta voidaan paljastaa selvästi tämän alueen attribuutteihin tehdyt merkittävät parannukset. Tarkkaile kollektorivirran eksponentiaalista nousua vasteena jännitteen VCB nousuun kohti 0 V.

Keräin-pohja- ja emäs-emitteriliitännät voidaan nähdä eteenpäin suuntautuvina puolueellisina kyllästysalueella.

Kuvan 3.7 tulo-ominaisuudet osoittavat, että kaikilla ennalta määrätyillä kollektorijännitteen (VCB) suuruuksilla emitterivirta kasvaa tavalla, joka voi muistuttaa voimakkaasti diodin ominaisuuksien vastaavaa.

Itse asiassa nousevan VCB: n vaikutus on yleensä niin vähäinen ominaisuuksiin, että mitä tahansa alustavaa arviointia varten VCB: n vaihtelujen aiheuttama ero voidaan jättää huomioimatta ja ominaisuudet voidaan tosiasiallisesti edustaa, kuten alla olevassa kuvassa 3.10a on esitetty.

Jos siksi käytämme paloittain lineaarista tekniikkaa, se tuottaa kuvassa 3.10b esitetyt ominaisuudet.

Tämän yhden tason nostaminen ylöspäin ja käyrän kaltevuuden ja siten eteenpäin esijännitetyn liitoksen aiheuttaman vastuksen huomioimatta jättäminen johtaa kuviossa 3.10c esitettyihin ominaisuuksiin.

Kaikissa tulevissa tutkimuksissa, joista keskustellaan tällä verkkosivustolla, kuvion 3.10c vastaavaa suunnittelua tullaan käyttämään kaikissa transistoripiirien dc-arvioinneissa. Merkitys, aina kun BJT on 'johtavassa' tilassa, emäksen ja emitterin välistä jännitettä pidetään seuraavassa yhtälössä ilmaistuna: VBE = 0,7 V (3,4).

Toisin sanoen, VCB: n arvon muutosten vaikutus tulo-ominaisuuksien kaltevuuteen jätetään yleensä huomiotta, kun pyrimme arvioimaan BJT-kokoonpanoja tavalla, joka voi auttaa meitä saamaan optimaalisen likiarvon kohti todellinen vaste ilman, että otamme liikaa yhteyttä parametriin, jolla voi olla vähemmän merkitystä.

Kuva 3.10

Meidän kaikkien tulisi todella arvostaa perusteellisesti kuvan 3.10c yllä olevissa ominaisuuksissa esitettyä väitettä. He määrittelevät, että kun transistori on 'päällä' tai aktiivisessa tilassa, tukiasemasta emitteriin siirtyvä jännite tulee olemaan 0,7 V kaikelle emitterivirran määrälle, jota siihen liittyvä ulkoinen piiriverkko säätelee.

Tarkemmin sanottuna, mitä tahansa alku kokeilua DC-kokoonpanon BJT-piirin kanssa, käyttäjä voi nyt nopeasti määritellä, että jännite emäksen läpi emitterille on 0,7 V, kun laite on aktiivisella alueella - tätä voidaan pitää erittäin ratkaiseva lopputulos kaikille tasavirta-analyyseillemme, joista keskustellaan tulevissa artikkeleissamme.

Käytännön esimerkin (3.1) ratkaiseminen

Edellä olevista osioista saimme tietää, mikä on yhteisen kannan kokoonpano perusvirran I välisestä suhteesta C ja lähettimen virta I ON kohdassa 3.4. Tämän artikkelin perusteella voimme nyt suunnitella kokoonpanon, joka antaisi BJT: lle mahdollisuuden vahvistaa virtaa, kuten kuvassa 3.12 on esitetty yhteisen emäksen vahvistinpiirin alla.

Mutta ennen tämän tutkintaa olisi meille tärkeää oppia, mikä on alfa (α).

Alfa (a)

Yhteisen kannan BJT-konfiguraatiossa DC-tilassa enemmistön kantoaaltojen vaikutuksesta nykyinen I C ja minä ON muodostavat alfa-määrällä ilmaistun suhteen, joka esitetään muodossa:

a DC = Minä C / I ON -------------------- (3.5)

missä minä C ja minä ON ovat nykyiset tasot toimintakohta . Vaikka yllä oleva ominaisuus tunnistaa, että a = 1, todellisissa laitteissa ja kokeissa tämä määrä voi olla noin 0,9 - 0,99, ja useimmissa tapauksissa tämä lähestyy alueen maksimiarvoa.

Johtuen siitä, että tässä alfa on määritelty erityisesti enemmistöoperaattoreille, Yhtälö 3.2 jonka olimme oppineet edelliset luvut nyt voidaan kirjoittaa seuraavasti:

Viitaten ominaisuus kaaviossa Kuva 3.8 , kun minä ON = 0 mA, I C arvosta tulee siis = I CBO.

Aikaisemmista keskusteluistamme tiedämme kuitenkin, että I-taso CBO on usein minimaalinen, ja siksi siitä tulee melkein tunnistamaton kaaviossa 3.8.

Tarkoitus, aina kun minä ON = 0 mA edellä mainitussa kaaviossa, I C muuttuu myös 0 mA: ksi V: lle CB arvoalue.

Kun otetaan huomioon vaihtosignaali, jossa toimintapiste kulkee ominaiskäyrän yli, ac-alfa voidaan kirjoittaa seuraavasti:

AC-alfalle on annettu muutama virallinen nimi: yhteinen kanta, vahvistuskerroin, oikosulku. Näiden nimien syyt tulevat ilmeisemmiksi tulevissa luvuissa arvioitaessa BJT: n vastaavia piirejä.

Tässä vaiheessa voimme havaita, että yllä oleva ekvivalentti 3.7 vahvistaa, että suhteellisen vaatimaton vaihtelu kollektorivirrassa jaetaan tuloksena olevalla muutoksella I ON , kun taas kerääjä-pohja on vakiona.

Enemmistöolosuhteissa a ja ja a DC ovat melkein samat, mikä sallii suuruusluokkien vaihdon keskenään.

Common-Base-vahvistin

Yhteisen kannan kokoonpanon perusjännitteen vahvistustoiminto.

DC-esijännitystä ei esitetä yllä olevassa kuvassa, koska todellinen aikomuksemme on analysoida vain vaihtovaste.

Kuten olemme oppineet aikaisemmista viesteistämme yhteisen tukiaseman kokoonpano , kuvassa 3.7 esitetty AC-tulovastus näyttää melko pieneltä ja vaihtelee tyypillisesti 10 ja 100 ohmin välillä. Vaikka samassa luvussa näimme myös kuvassa 3.8, lähtövastus näyttää huomattavasti korkealta, mikä voi vaihdella tyypillisesti välillä 50 k - 1 M ohm.

Nämä erot vastusarvoissa johtuvat periaatteessa tulopuolelle (emäksen ja emitterin väliin) tulevasta eteenpäin suuntautuneesta liitoksesta ja lähtöpuolelle alustan ja kollektorin väliin tulevasta käänteisestä esijännitetystä liitoksesta.

Käyttämällä tyypillistä arvoa 20 Ohmia (kuten yllä olevassa kuvassa on esitetty) tulovastukselle ja 200 mV tulojännitteelle, voimme arvioida vahvistustaso tai alue ulostulopuolella seuraavan ratkaistun esimerkin läpi:

Tällöin jännitteen vahvistaminen lähdössä voidaan löytää ratkaisemalla seuraava yhtälö:

Tämä on tyypillinen jännitevahvistusarvo kaikille yhteisen kannan BJT-piireille, jotka voivat vaihdella välillä 50 ja 300. Tällaisessa verkossa virranvahvistus IC / IE on aina pienempi kuin 1, koska IC = alfaIE ja alfa on aina pienempi kuin 1.