In termini semplici, la polarizzazione nei BJT può essere definita come un processo in cui un BJT viene attivato o attivato applicando una magnitudine minore di CC attraverso i suoi terminali di base / emettitore in modo che sia in grado di condurre una grandezza relativamente maggiore di CC attraverso i suoi terminali emettitore collettore.

Il funzionamento di un transistor bipolare o BJT a livelli DC è governato da diversi fattori, che includono una gamma di punti di lavoro sulle caratteristiche dei dispositivi.

Nella sezione 4.2 spiegata in questo articolo controlleremo i dettagli relativi a questa gamma di punti di lavoro per amplificatori BJT. Una volta calcolate le alimentazioni CC specificate, è possibile creare un progetto di circuito per determinare il punto di funzionamento richiesto.

Una varietà di tali configurazioni viene esaminata in questo articolo. Ogni singolo modello discusso identificherà inoltre la stabilità dell'approccio, ovvero, esattamente quanto il sistema potrebbe essere sensibile a un dato parametro.

Sebbene numerose reti siano esaminate all'interno di questa sezione, hanno una fondamentale somiglianza tra le valutazioni di ciascuna configurazione, a causa del seguente uso ripetuto della relazione fondamentale cruciale:

Nella maggior parte delle situazioni, l'IB corrente di base è la prima quantità che deve essere stabilita. Una volta identificato IB, le relazioni delle Eq. Da (4.1) a (4.3) potrebbe essere implementato per ottenere il resto delle quantità in questione.

“come funzionano i regolatori di carica? ”

Le somiglianze nelle valutazioni saranno rapidamente evidenti man mano che avanziamo con le sezioni successive.

Le equazioni per IB sono così identiche per molti dei progetti che una formula potrebbe essere derivata dall'altra semplicemente rimuovendo o inserendo uno o due elementi.

L'obiettivo principale di questo capitolo è stabilire un grado di comprensione del transistor BJT che consenta di implementare un'analisi DC di quasi tutti i circuiti che hanno l'amplificatore BJT come elemento.

4.2 PUNTO DI FUNZIONAMENTO

La parola biasing che compare nel titolo di questo articolo è un termine approfondito che indica l'implementazione delle tensioni CC e per determinare un livello fisso di corrente e tensione nei BJT.

Per gli amplificatori BJT, la corrente e la tensione CC risultanti creano un valore punto di lavoro sulle caratteristiche che stabiliscono la regione che diventa ideale per l'amplificazione richiesta del segnale applicato. Poiché il punto di funzionamento sembra essere un punto predeterminato sulle caratteristiche, può anche essere indicato come punto di riposo (abbreviato come punto Q).

'Quiescente' per definizione significa silenzio, quiete, sedentarietà. La Figura 4.1 mostra una caratteristica di output standard di un BJT che ha 4 punti di lavoro . Il circuito di polarizzazione potrebbe essere sviluppato per stabilire il BJT attraverso uno di questi punti o altri all'interno della regione attiva.

I valori massimi sono evidenziati sulle caratteristiche di Fig. 4.1 mediante una linea orizzontale per la massima corrente di collettore ICmax e una linea perpendicolare sulla massima tensione collettore-emettitore VCEmax.

La limitazione della potenza massima è individuata dalla curva PCmax nella stessa figura. Nella parte inferiore del grafico possiamo vedere la regione di cutoff, identificata da IB ≤ 0μ, e la regione di saturazione, identificata da VCE ≤ VCEsat.

L'unità BJT potrebbe essere polarizzata al di fuori di questi limiti massimi indicati, ma la conseguenza di tale processo comporterebbe un significativo deterioramento della vita del dispositivo o un guasto totale del dispositivo.

Limitando i valori tra la regione attiva indicata, è possibile selezionarne una varietà di aree o punti operativi . Il punto Q selezionato di solito dipende dalle specifiche previste del circuito.

Tuttavia, possiamo certamente tenere conto di alcune distinzioni tra il numero di punti illustrati nella Fig. 4.1 per fornire alcune raccomandazioni fondamentali riguardo al punto di lavoro , e quindi, il circuito di polarizzazione.

Se non venisse applicato alcun bias, il dispositivo rimarrebbe inizialmente completamente spento, facendo sì che un punto Q si trovi in A, ovvero corrente zero attraverso il dispositivo (e 0 V attraverso di esso). Poiché è essenziale polarizzare un BJT per consentirgli di reagire per l'intera gamma di un dato segnale di ingresso, il punto A potrebbe non sembrare appropriato.

Per il punto B, quando un segnale è collegato al circuito, il dispositivo mostrerà una variazione di corrente e tensione attraverso il punto di lavoro , consentendo al dispositivo di rispondere (e forse amplificare) sia le applicazioni positive che quelle negative del segnale di ingresso.

Quando il segnale di ingresso è utilizzato in modo ottimale, la tensione e la corrente del BJT probabilmente cambieranno ..... tuttavia potrebbero non essere sufficienti per attivare il dispositivo in cut-off o saturazione.

Il punto C potrebbe aiutare una certa deviazione positiva e negativa del segnale di uscita, ma l'ampiezza picco-picco potrebbe essere limitata alla prossimità di VCE = 0V / IC = 0 mA.

Allo stesso modo, lavorare al punto C può causare poca preoccupazione per quanto riguarda le non linearità a causa del fatto che lo spazio tra le curve IB potrebbe alterarsi rapidamente in questa particolare area.

In generale, è molto meglio far funzionare il dispositivo in cui il guadagno del dispositivo è piuttosto consistente (o lineare), per garantire che l'amplificazione sull'oscillazione complessiva del segnale di ingresso rimanga uniforme.

Il punto B è una regione che mostra una spaziatura lineare maggiore e per questo motivo una maggiore attività lineare, come indicato nella Fig. 4.1.

Il punto D stabilisce il dispositivo punto di lavoro vicino ai livelli di tensione e potenza più elevati. L'oscillazione della tensione di uscita al limite positivo viene quindi limitata quando non si suppone che la tensione massima venga superata.

Il punto B di conseguenza sembra perfetto punto di lavoro per quanto riguarda il guadagno lineare e le maggiori variazioni di tensione e corrente possibili.

Lo descriveremo idealmente per gli amplificatori per piccoli segnali (Capitolo 8), tuttavia, non sempre per gli amplificatori di potenza, ... ne parleremo più avanti.

All'interno di questo discorso, mi concentrerò principalmente sulla polarizzazione del transistor rispetto alla funzione di amplificazione del piccolo segnale.

C'è un altro fattore di distorsione estremamente cruciale che deve essere considerato. Avendo determinato e influenzato il BJT con un ideale punto di lavoro , dovrebbero essere valutati anche gli effetti della temperatura.

L'intervallo di calore farà deviare i limiti del dispositivo come il guadagno di corrente del transistor (ac) e la corrente di dispersione del transistor (ICEO). L'aumento degli intervalli di temperatura causerà maggiori correnti di dispersione nel BJT e quindi modificherà le specifiche operative stabilite dalla rete di polarizzazione.

Ciò implica che il modello di rete deve anche facilitare un livello di stabilità della temperatura per garantire che gli impatti delle variazioni di temperatura siano con spostamenti minimi nel punto di lavoro . Questo mantenimento del punto di lavoro può essere stipulato con un fattore di stabilità, S, che indica il livello di scostamenti del punto di lavoro causati da una variazione di temperatura.

È consigliabile un circuito stabilizzato in modo ottimale e qui verrà valutata la caratteristica stabile di diversi circuiti di polarizzazione essenziali. Affinché il BJT sia polarizzato all'interno della regione operativa lineare o effettiva, devono essere soddisfatti i seguenti punti:

“convertitore cc cc ad alta corrente ”

1. La giunzione base-emettitore deve essere polarizzata in avanti (tensione della regione p fortemente positiva), consentendo una tensione di polarizzazione diretta di circa 0,6-0,7 V.

2. La giunzione base-collettore deve essere polarizzata inversamente (regione n fortemente positiva), con la tensione di polarizzazione inversa che rimane a un certo valore entro i limiti massimi del BJT.

[Ricorda che per la polarizzazione diretta sarà la tensione attraverso la giunzione p-n p -positivo, e per il bias inverso è invertito n -positivo. Questo focus sulla prima lettera dovrebbe darti un modo per ricordare facilmente la polarità della tensione essenziale.]

Il funzionamento nelle aree di cut-off, saturazione e lineare della caratteristica BJT viene solitamente presentato come spiegato di seguito:

1. Operazione regione lineare:

Giunzione base-emettitore polarizzata in avanti

Giunzione base-collettore polarizzata inversa

Due. Operazione nella regione di cutoff:

Giunzione base-emettitore polarizzata inversa

3. Operazione nella regione di saturazione:

Giunzione base-emettitore polarizzata in avanti

Giunzione base-collettore polarizzata in avanti

4.3 CIRCUITO A BIAS FISSA

Il circuito a polarizzazione fissa della Fig. 4.2 è progettato con una panoramica abbastanza semplice e senza complicazioni dell'analisi della polarizzazione cc del transistor.

Sebbene la rete implementi un transistor NPN, le formule ei calcoli potrebbero funzionare altrettanto efficacemente con una configurazione di transistor PNP semplicemente riconfigurando i percorsi del flusso di corrente e le polarità di tensione.

Le direzioni della corrente della Fig. 4.2 sono le direzioni della corrente autentica e le tensioni sono identificate dalle annotazioni universali in doppio pedice.

Per l'analisi CC il progetto può essere separato dai livelli CA menzionati semplicemente sostituendo i condensatori con un equivalente a circuito aperto.

Inoltre, l'alimentazione CC VCC potrebbe essere suddivisa in una coppia di alimentazioni separate (solo per effettuare la valutazione) come dimostrato in Fig. 4.3 proprio per consentire una rottura dei circuiti di ingresso e di uscita.

Ciò che fa è minimizzare il collegamento tra i due con la corrente di base IB. La separazione è indiscutibilmente legittima, come mostrato in Fig. 4.3 dove VCC è collegato direttamente a RB e RC proprio come in Fig. 4.2.

Polarizzazione diretta di base-emettitore

Analizziamo prima l'anello del circuito base-emettitore mostrato sopra nella Fig. 4.4. Se implementiamo l'equazione della tensione di Kirchhoff in senso orario per il ciclo, deriviamo la seguente equazione:

Possiamo vedere che la polarità della caduta di tensione su RB è determinata dalla direzione della corrente IB. La risoluzione dell'equazione per l'IB corrente ci fornisce il seguente risultato:

Equazione (4.4)

L'equazione (4.4) è sicuramente un'equazione che può essere facilmente memorizzata, semplicemente ricordando che la corrente di base qui diventa la corrente che passa per RB, e applicando la legge di Ohm secondo la quale la corrente è uguale alla tensione su RB divisa per la resistenza RB .

La tensione attraverso RB è la tensione applicata VCC a un'estremità meno la caduta attraverso la giunzione base-emettitore (VBE).
Inoltre, poiché l'alimentazione VCC e la tensione base-emettitore VBE sono quantità fisse, la scelta del resistore RB alla base stabilisce la quantità di corrente di base per il livello di commutazione.

Collettore-Emettitore Loop

La figura 4.5 mostra lo stadio del circuito emettitore del collettore, dove sono state presentate la direzione della corrente IC e la corrispondente polarità attraverso RC.
Il valore della corrente del collettore può essere visto direttamente correlato a IB tramite l'equazione:

Equazione (4.5)

Potresti trovare interessante vedere che poiché la corrente di base dipende dalle quantità di RB e IC è collegata a IB tramite una costante β, l'ampiezza di IC non è una funzione della resistenza RC.

La regolazione di RC su un altro valore non produrrà alcun effetto sul livello di IB o addirittura di IC, fintanto che viene mantenuta la regione attiva del BJT.
Detto questo, scoprirai che l'entità del VCE è determinata dal livello RC e questa potrebbe essere una cosa cruciale da considerare.

Se usiamo la legge della tensione di Kirchhoff in senso orario attraverso il circuito chiuso mostrato nella figura 4.5, produce le seguenti due equazioni:

Equazione (4.6)

Ciò indica che la tensione attraverso l'emettitore del collettore del BJT all'interno di un circuito di polarizzazione fisso è la tensione di alimentazione equivalente alla caduta formata attraverso RC
Per dare una rapida occhiata alla notazione in pedice singolo e doppio, ricorda che:

VCE = VC - VE -------- (4.7)

dove VCE indica la tensione che fluisce dal collettore all'emettitore, VC e VE sono le tensioni che passano rispettivamente dal collettore e dall'emettitore verso terra. Ma qui, poiché VE = 0 V, abbiamo

VCE = VC -------- (4.8)
Anche perché abbiamo,
VBE = VB - AND -------- (4.9)
e poiché VE = 0, finalmente otteniamo:
VBE = VB -------- (4.10)

Ricorda i seguenti punti:

Durante la misurazione dei livelli di tensione come VCE, assicurarsi di mettere la sonda rossa del voltmetro sul pin del collettore e la sonda nera sul pin dell'emettitore come mostrato nella figura seguente.

“come creare una stazione radio FM a casa ”

VC indica la tensione che passa dal collettore a massa e anche il suo procedimento di misura è quello riportato nella figura seguente.

Nel caso presente entrambe le letture di cui sopra saranno simili, ma per reti di circuiti differenti potrebbe mostrare risultati variabili.

Ciò implica che questa differenza nelle letture tra le due misurazioni potrebbe rivelarsi cruciale durante la diagnosi di un possibile guasto in una rete BJT.