Comprensione della configurazione di base comune nei BJT

In questa sezione analizzeremo la configurazione della base comune del BJT e impareremo le caratteristiche del punto di pilotaggio, la corrente di saturazione inversa, la tensione da base a emettitore e valuteremo i parametri attraverso un esempio pratico risolto. Nelle parti successive analizzeremo anche come configurare un circuito amplificatore a base comune

introduzione

I simboli e le annotazioni utilizzati per rappresentare la configurazione di base comune dei transistor nella maggior parte dei
i libri e le guide stampate in questi giorni possono essere visti nella figura sottostante mostrata. 3.6 Ciò può essere vero sia per i transistor pnp che npn.

Figura 3.6

3.4 Cos'è la configurazione base comune

Il termine 'base comune' deriva dal fatto che qui la base è comune sia allo stadio di ingresso che a quello di uscita della disposizione.

Inoltre, la base diventa tipicamente il terminale più vicino o al potenziale di terra.

Durante la nostra conversazione qui, tutte le direzioni della corrente (Ampere) verranno prese rispetto alla direzione del flusso convenzionale (foro) e non alla direzione del flusso di elettroni.

Questa selezione è stata decisa principalmente con la preoccupazione che la grande quantità di documenti offerti alle organizzazioni accademiche e commerciali implementa il flusso convenzionale, e le frecce in ogni rappresentazione elettronica possiedono un percorso identificato con questa specifica convenzione.

Per qualsiasi transistor bipolare:

La freccia nel simbolo grafico descrive la direzione del flusso della corrente dell'emettitore (flusso convenzionale) attraverso il transistor.

Ciascuna delle direzioni della corrente (Amp) mostrate nella Fig. 3.6 sono le direzioni originali caratterizzate dalla selezione del flusso convenzionale. Osservare in ogni caso che IE = IC + IB.

Si noti inoltre che la polarizzazione (sorgenti di tensione) implementata ha lo scopo specifico di accertare la corrente nella direzione specificata per ciascuno dei canali. Significa confrontare la direzione di IE con la polarità o VEE per ciascuna configurazione e confrontare anche la direzione di IC con la polarità di VCC.

Per illustrare in modo completo le azioni di un'unità a tre terminali, ad esempio il amplificatori a base comune in Fig. 3.6, richiede 2 set di proprietà - uno per il punto di guida o fattori di input e l'altro per il produzione sezione.

L'ingresso impostato per l'amplificatore a base comune come mostrato in Fig. 3.7 applica una corrente di ingresso (IE) a un ingresso
tensione (VBE) per una varietà di gamme di tensione di uscita (VCB).

Il uscita impostata applica una corrente di uscita (IC) per una tensione di uscita (VCB) per una varietà di intervalli di corrente di ingresso (IE) come dimostrato nella Fig. 3.8. L'uscita, o il gruppo di caratteristiche del collettore, possiede 3 elementi fondamentali di interesse, come evidenziato in Fig. 3.8: le regioni attiva, cutoff e saturazione . La regione attiva sarà quella tipicamente utile per amplificatori lineari (non distorti). Nello specifico:

All'interno della regione attiva la giunzione collettore-base sarà polarizzata inversamente, mentre la giunzione base-emettitore sarà polarizzata in avanti.

La regione attiva è caratterizzata dalle configurazioni di polarizzazione come indicato in Fig. 3.6. All'estremità inferiore della regione attiva la corrente dell'emettitore (IE) sarà zero, la corrente del collettore è in questa situazione semplicemente come risultato della corrente di saturazione inversa ICO, come illustrato nella Fig. 3.8.

L'attuale ICO è di dimensioni così trascurabili (microampere) rispetto alla scala verticale di IC (milliampere) che si presenta praticamente sulla stessa linea orizzontale di IC = 0.

Le considerazioni sul circuito che sono presenti quando IE = 0 per la configurazione a base comune possono essere viste in Fig. 3.9. L'annotazione più spesso applicata per ICO su schede tecniche e schede tecniche è indicata nella Fig. 3.9, ICBO. A causa dei metodi di progettazione superiori, il grado di ICBO per i transistor per uso generico (in particolare il silicio) all'interno delle gamme di potenza bassa e media è normalmente così minimo che la sua influenza potrebbe essere trascurata.

Detto questo, per i dispositivi di potenza più grandi ICBO potrebbe continuare a presentarsi nella gamma dei microampere. Inoltre, ricorda che ICBO, proprio come È in caso di diodi (entrambi sono correnti di dispersione inversa) potrebbero essere vulnerabili ai cambiamenti di temperatura.

A temperature elevate, l'impatto dell'ICBO può risultare un aspetto cruciale perché può aumentare in modo significativo rapidamente in risposta agli aumenti di temperatura.

Fare attenzione in Fig. 3.8 quando la corrente dell'emettitore supera lo zero, la corrente del collettore sale a un livello principalmente equivalente a quello della corrente dell'emettitore come stabilito dalle relazioni fondamentali tra transistor e corrente.

Si noti anche che c'è un'influenza piuttosto inefficace di VCB sulla corrente del collettore per la regione attiva. Le forme curve rivelano evidentemente che una stima iniziale della relazione tra IE e IC nella regione attiva può essere presentata come:

Come dedotto dal titolo stesso, la regione di taglio è intesa come quella posizione in cui la corrente del collettore è 0 A, come illustrato nella Fig. 3.8. Inoltre:

Nella regione di cut-off le giunzioni collettore-base e base-emettitore di un transistor tendono ad essere nel modo polarizzato inverso.

La regione di saturazione è identificata come quella sezione delle caratteristiche sul lato sinistro di VCB = 0 V. La scala orizzontale in quest'area è stata ingrandita per rivelare distintamente i notevoli miglioramenti apportati agli attributi in questa regione. Osservare l'aumento esponenziale della corrente del collettore in risposta all'aumento della tensione VCB verso 0 V.

Le giunzioni collettore-base e base-emettitore possono essere viste come polarizzate in avanti nella regione di saturazione.

Le caratteristiche di ingresso di Fig. 3.7 mostrano che per qualsiasi grandezza predeterminata della tensione del collettore (VCB), la corrente dell'emettitore aumenta in modo tale che può assomigliare fortemente a quella delle caratteristiche del diodo.

In realtà, l'effetto di un VCB crescente tende ad essere talmente minimo sulle caratteristiche che per qualsiasi valutazione preliminare la differenza causata dalle variazioni di VCB potrebbe essere trascurata e le caratteristiche potrebbero essere effettivamente rappresentate come mostrato nella Fig. 3.10a sotto.

Se quindi utilizziamo la tecnica lineare a tratti, questo produrrà le caratteristiche come mostrato in Fig. 3.10b.

Alzando questo livello e trascurando la pendenza della curva e di conseguenza la resistenza generata a causa di una giunzione polarizzata in avanti, si otterranno le caratteristiche mostrate in Fig. 3.10c.

Per tutte le indagini future che verranno discusse in questo sito Web, verrà utilizzato il progetto equivalente della Fig. 3.10c per tutte le valutazioni in cc dei circuiti a transistor. Significa che ogni volta che un BJT si trova nello stato “conduttivo”, la tensione base-emettitore sarà considerata come espressa nella seguente equazione: VBE = 0.7 V (3.4).

In altre parole, l'influenza dei cambiamenti nel valore di VCB insieme alla pendenza delle caratteristiche di input tenderà a essere trascurata mentre ci sforziamo di valutare le configurazioni BJT in modo tale da aiutarci ad acquisire un'approssimazione ottimale verso il risposta effettiva, senza coinvolgerci troppo con parametri che possono essere di minore importanza.

Figura 3.10

Tutti dovremmo effettivamente apprezzare a fondo l'affermazione espressa nelle caratteristiche di cui sopra della Fig. 3.10c. Definiscono che con il transistor nella condizione 'on' o attivo la tensione che si sposta dalla base all'emettitore sarà di 0,7 V per qualsiasi quantità di corrente dell'emettitore regolata dalla rete del circuito esterno associato.

Per essere più precisi, per qualsiasi sperimentazione iniziale con un circuito BJT nella configurazione cc, l'utente può ora definire rapidamente che la tensione dalla base all'emettitore è di 0,7 V mentre il dispositivo si trova nella regione attiva - questo può essere considerato estremamente linea di fondo cruciale per tutte le nostre analisi DC che saranno discusse nei nostri prossimi articoli ..

Risolvere un esempio pratico (3.1)

Nelle sezioni precedenti abbiamo appreso qual è la configurazione di base comune sulla relazione tra la corrente di base I. C e corrente di emettitore I E di un BJT nella sezione 3.4. Con riferimento a questo articolo possiamo ora progettare una configurazione che consentirebbe al BJT di amplificare la corrente, come rappresentato nella Fig 3.12 sotto il circuito dell'amplificatore a base comune.

Ma prima di indagare su questo, sarebbe importante per noi imparare cosa è alfa (α).

Alpha (a)

In una configurazione BJT a base comune in modalità cc, a causa dell'effetto delle portanti maggioritarie, l'attuale I C e io E formano una relazione espressa dalla quantità alfa e presentata come:

un dc = I C / IO E -------------------- (3.5)

dove io C e io E sono i livelli attuali in punto di operazione . Sebbene la caratteristica di cui sopra identifichi che α = 1, in dispositivi ed esperimenti reali questa quantità potrebbe trovarsi ovunque tra 0,9 e 0,99, e nella maggior parte dei casi questo si avvicinerebbe al valore massimo dell'intervallo.

A causa del fatto che qui l'alfa è specificamente definita per i vettori maggioritari, il Eq 3.2 che avevamo appreso nel capitoli precedenti ora può essere scritto come:

Facendo riferimento al caratteristica nel grafico Fig 3.8 , quando io E = 0 mA, I C valore diventa di conseguenza = I CBO.

Tuttavia, dalle nostre discussioni precedenti sappiamo che il livello di I CBO è spesso minimo, e quindi diventa quasi non identificabile nel grafico di 3.8.

Cioè, ogni volta che io E = 0 mA nel grafico sopra citato, I C si trasforma anche in 0 mA per V CB intervallo di valori.

Quando consideriamo un segnale ac, in cui il punto di operazione viaggia sulla curva caratteristica, un ac alfa può essere scritto come:

Ci sono alcuni nomi formali dati ad ac alpha che sono: base comune, fattore di amplificazione, cortocircuito. Le ragioni di questi nomi diventeranno più evidenti nei prossimi capitoli mentre si valutano circuiti equivalenti di BJT.

A questo punto possiamo trovare che l'Eq 3.7 di cui sopra conferma che una variazione relativamente modesta nella corrente del collettore viene divisa per la variazione risultante in I E , mentre il collettore alla base è a grandezza costante.

Nella maggioranza delle condizioni, la quantità di un e e un dc sono quasi uguali consentendo uno scambio di grandezze tra loro.

Amplificatore a base comune

La polarizzazione CC non è mostrata nella figura sopra poiché il nostro intento effettivo è analizzare solo la risposta CA.

Come abbiamo appreso nei nostri post precedenti in merito configurazione base comune , la resistenza CA in ingresso come indicato nella Fig 3.7 sembra piuttosto minima e varia tipicamente entro un intervallo di 10 e 100 ohm. Mentre nello stesso capitolo abbiamo anche visto nella Fig 3.8 la resistenza di uscita in una rete a base comune sembra significativamente alta, che potrebbe variare tipicamente nell'intervallo da 50 k a 1 M Ohm.

Queste differenze nei valori di resistenza sono fondamentalmente dovute alla giunzione polarizzata in avanti che appare sul lato di ingresso (tra base ed emettitore) e la giunzione polarizzata inversa che appare sul lato di uscita tra base e collettore.

Applicando un valore tipico di diciamo 20 Ohm (come indicato nella figura sopra) per la resistenza di ingresso e 200 mV per la tensione di ingresso, possiamo valutare il livello di amplificazione o intervallo sul lato di uscita attraverso il seguente esempio risolto:

Pertanto, l'amplificazione della tensione all'uscita può essere trovata risolvendo la seguente equazione:

Questo è un tipico valore di amplificazione della tensione per qualsiasi circuito BJT a base comune che potrebbe eventualmente variare tra 50 e 300. Per tale rete, l'amplificazione di corrente IC / IE è sempre inferiore a 1, poiché IC = alphaIE e alpha è sempre inferiore a 1.

In esperimenti preliminari l'azione fondamentale di amplificazione è stata introdotta tramite a trasferimento di corrente io da un basso ad un alto resistenza circuito.

La relazione tra le due frasi in corsivo nella frase precedente ha effettivamente portato al termine transistor:

trans do + re sistor = transistor.

Nel prossimo tutorial parleremo dell'amplificatore a emettitore comune

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