Jännitteenjakajan esijännitys BJT-piireissä - enemmän vakautta ilman beta-tekijää

Bipolaarisen transistorin liittimien esijännitettä käyttämällä laskettua resistiivistä jakajaverkkoa optimaalisen suorituskyvyn ja kytkentävasteen varmistamiseksi kutsutaan jännitteenjakajan esijännitykseksi.

vuonna aikaisemmat ennakkoluulot että opimme ennakkovirran I CQ ja jännite V. CEQ olivat BJT: n nykyisen vahvistuksen (β) funktio.

Mutta koska tiedämme, että β voi olla altis lämpötilan muutoksille, etenkin piitransistoreille, ja myös beetan todellista arvoa ei usein tunnisteta oikein, voi olla suositeltavaa kehittää BJT-piiriin jännitteenjakajan esijännitys, joka voi olla pienempi altis lämpötiloille tai yksinkertaisesti riippumaton itse BJT-beetasta.

Kuvan 4.25 jännitteenjakajan esijännitysjärjestelyä voidaan pitää yhtenä näistä malleista.

Kun tutkitaan tarkka perusta alttius beeta-vaihteluille näyttää todella vaatimattomalta. Jos piirimuuttujat on määritetty asianmukaisesti, I: n tasot CQ ja V CEQ voi olla käytännössä täysin riippumaton beetasta.

Muista aikaisemmista selityksistä, että Q-pisteelle on tunnusomaista kiinteä ICQ- ja VCEQ-taso, kuten kuvassa 4.26 on esitetty.

I-aste BQ voi muuttua riippuen beetan vaihteluista, mutta toimintapiste I: n tunnistamien ominaisuuksien ympärillä CQ ja V CEQ voi helposti pysyä muuttumattomana, jos soveltuvia piirin ohjeita noudatetaan.

Kuten edellä mainittiin, löydät pari lähestymistapaa, joita voidaan käyttää jännitteenjakajan asetusten tutkimiseen.

Tämän piirin erityisten nimien valinnan syy käy ilmi analyysimme aikana, ja siitä keskustellaan tulevissa viesteissä.

Aivan ensimmäinen on tarkka tekniikka joka voidaan suorittaa kaikilla jännitteenjakajan asetuksilla.

Toista kutsutaan likimääräinen menetelmä, ja sen toteuttaminen on mahdollista, kun tietyt tekijät täyttyvät. likimääräinen lähestymistapa mahdollistaa paljon suoremman analyysin pienellä vaivalla ja ajalla.

Lisäksi tästä voi olla paljon hyötyä 'suunnittelutilassa', josta puhumme myöhemmissä osioissa.
Kaiken kaikkiaan, koska 'likimääräinen lähestymistapa' voidaan työskennellä useimpien ehtojen kanssa, ja siksi ne on arvioitava samalla tarkkaavaisuustasolla kuin 'tarkka menetelmä'.

Tarkka analyysi

Opitaan miten menetelmä tarkka analyysi voidaan toteuttaa seuraavalla selityksellä

Seuraavaan kuvaan viitaten verkon tulopuoli voitaisiin toistaa kuvassa 4.27 esitetyllä tavalla DC-analyysiä varten.

Thévenin-vastaava BJT-kannan B vasemman puolen suunnittelun verkko voidaan sitten määrittää jäljempänä esitetyllä tavalla:

RTh : Syöttöjännitepisteet korvataan vastaavalla oikosululla, kuten alla olevassa kuvassa 4.28 on esitetty.

ETh: Syöttöjännitelähde V DC johdetaan takaisin piiriin ja alla olevan kuvan 4.29 mukainen avoimen piirin Thévenin-jännite arvioidaan seuraavalla tavalla:

Jännitteenjakajan säännön toteuttaminen saavuttaa seuraavan yhtälön:

Seuraavaksi, luomalla uudelleen Thévenin-malli, kuten on esitetty kuvassa 4.30, arvioimme I: n BQ soveltamalla ensin Kirchhoffin jännitelakia silmukalle myötäpäivään:

ETh - IBRTh - VBE - IERE = 0

Kuten tiedämme IE = (β + 1) B Korvaamalla se yllä olevaan silmukkaan ja ratkaisemalla I B antaa:

Yhtälö. 4.30

Ensi silmäyksellä saatat tuntea yhtälön. (4.30) näyttää melko erilaiselta kuin muut tähän mennessä kehitetyt yhtälöt, mutta tarkempi tarkastelu osoittaa, että osoitin on vain kahden voltin tason ero, kun taas nimittäjä on seurausta perusvastuksesta + emitterivastuksesta, mikä heijastuu mennessä (β + 1) ja on epäilemättä hyvin samanlainen kuin Eq. (4.17) ( Peruslähettimen silmukka )

Kun IB on laskettu yllä olevan yhtälön avulla, loput suunnittelun suuruudet voidaan tunnistaa samalla menetelmällä kuin teimme emitteri-bias-verkolle, kuten alla on esitetty:

Yhtälö (4.31)

Käytännön esimerkin ratkaiseminen (4.7)
Laske DC-esijännite V TÄMÄ ja nykyinen I C alla olevassa jännitteenjakajaverkossa Kuva 4.31

Kuva 4.31 Beeta-stabiloitu piiri esimerkille 4.7.

Arvioitu analyysi

Yllä olevassa osassa opimme `` tarkan menetelmän '', tässä keskustelemme `` likimääräisestä menetelmästä '' BJT-piirin jännitteenjakajan analysoimiseksi.

Voimme piirtää BJT-pohjaisen jännitteenjakajaverkon tulovaiheen alla olevan kuvan 4.32 mukaisesti.

Vastusta Ri voidaan pitää piirin pohja- ja maadoitusjohdon vastusekvivalenttina ja RE: tä lähettimen ja maan välisenä vastuksena.

Aikaisemmista keskusteluistamme [Eq. (4.18)] tiedämme, että BJT: n emäksen / emitterin välillä toistettu tai heijastettu vastus selitetään yhtälöllä Ri = (β + 1) RE.

Jos tarkastellaan tilannetta, jossa Ri on huomattavasti suurempi kuin resistanssi R2, IB saadaan suhteellisen pieneksi kuin I2 (muista, että virta yrittää aina löytää ja siirtyä minimiresistanssin suuntaan), ja siten I2 muuttuu suunnilleen yhtä suureksi kuin I1.

Jos IB: n likimääräinen arvo on olennaisesti nolla suhteessa I1 tai I2, niin I1 = I2 ja R1 ja R2 voidaan pitää sarjaelementteinä.

Kuva 4.32 Osittainen esijännitepiiri likimääräisen perusjännitteen V laskemiseksi B .

R2: n jännite, joka alun perin olisi perusjännite, voitaisiin arvioida alla olevan kuvan mukaisesti soveltamalla jännitteenjakajan sääntöverkkoa:

Nyt siitä lähtien Ri = (β + 1) RE ≅ b RE, ehto, joka vahvistaa, onko likimääräisen menetelmän toteuttaminen mahdollista vai ei, päätetään yhtälöllä:

Yksinkertaisesti sanottuna, jos arvo RE kertaa β: n arvon, ei ole pienempi kuin 10 kertaa R2: n arvo, voidaan arvioidun analyysin toteuttaa optimaalisella tarkkuudella

Kun VB on arvioitu, VE: n suuruus voidaan määrittää yhtälöllä:

kun emitterivirta voidaan laskea käyttämällä kaavaa:

Keräimen ja lähettimen välinen jännite voidaan tunnistaa seuraavalla kaavalla:

VCE = VCC - ICRC - IERE

Siitä lähtien IE ≅ IC, pääsemme seuraavaan yhtälöön:

On huomattava, että sarjassa, jonka teimme yhtälöstä. (4.33) yhtälön kautta (4.37), alkuaineella β ei ole läsnä missään, eikä IB ole laskettu.

Tämä tarkoittaa, että Q-piste (I: n vahvistaman) CQ ja V CEQ ) ei näin ollen ole riippuvainen β: n arvosta
Käytännön esimerkki (4.8):

Sovelletaan analyysi aikaisempaan Kuva 4.31 , käyttämällä likimääräistä lähestymistapaa, ja vertaa ratkaisuja ICQ: lle ja VCEQ: lle.

Tässä havaitaan, että VB: n taso on identtinen ETh: n kanssa, kuten edellisessä esimerkissämme 4.7 arvioitiin. Tämä tarkoittaa periaatteessa sitä, että likimääräisen ja tarkan analyysin väliseen eroon vaikuttaa RTh, joka on vastuussa ETh: n ja VB: n erottamisesta tarkassa analyysissä.

Eteenpäin,

Seuraava esimerkki 4.9

Suoritetaan esimerkin 4.7 tarkka analyysi, jos β laskee 70: een, ja selvitetään ero ICQ: n ja VCEQ: n ratkaisujen välillä.

Ratkaisu
Tätä esimerkkiä ei voida pitää vertailuna tarkkojen ja likimääräisten strategioiden välillä pikemminkin vain sen testaamiseksi, missä määrin Q-piste voi liikkua, jos P: n suuruus pienenee 50%. RTh ja ETh annetaan samoina:

Tulosten järjestäminen taulukkomuodossa antaa meille seuraavan:

Yllä olevasta taulukosta voimme selvästi selvittää, että piiri ei reagoi suhteellisen β-tasojen muutokseen. Huolimatta siitä, että β-suuruutta on vähennetty merkittävästi 50%, arvosta 140 70: een, vaikka ICQ: n ja VCEQ: n arvot ovat periaatteessa samat.

Seuraava esimerkki 4.10

Arvioi I: n tasot CQ ja V CEQ jännitteenjakajaverkolle kuvan 4.33 mukaisesti soveltamalla tarkka ja lähentää lähestymistapoja ja vertaa saatuja ratkaisuja.

Tässä skenaariossa eq. (4.33) ei välttämättä täyty, mutta vastaukset voivat auttaa meitä tunnistamaan ratkaisun eron Eq-olosuhteisiin. (4.33) ei oteta huomioon.
Kuva 4.33 Jännitteenjakaja verkko esimerkkiä 4.10 varten.

Ratkaisu tarkan analyysin avulla:

Ratkaisu likimääräisen analyysin avulla:


Edellä olevista arvioista voimme nähdä eron tarkan ja likimääräisen menetelmän avulla saavutettujen tulosten välillä.

Tulokset paljastavat, että minä CQ on noin 30% korkeampi likimääräisessä menetelmässä, kun taas V CEQ on 10% pienempi. Vaikka tulokset eivät ole aivan identtisiä, ottaen huomioon tosiasian, että βRE on vain 3 kertaa suurempi kuin R2, tulokset eivät todellakaan ole liian leveät toisistaan.

Sanoi, että tulevaa analyysiamme varten luotamme pääasiassa ekvivalenttiin. (4.33) kahden analyysin maksimaalisen samankaltaisuuden varmistamiseksi.