Bias del divisore di tensione nei circuiti BJT: maggiore stabilità senza fattore beta

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La polarizzazione dei terminali di un transistor bipolare utilizzando una rete di divisori resistivi calcolata per garantire prestazioni ottimali e una risposta di commutazione è chiamata polarizzazione del partitore di tensione.

Nel precedenti disegni di bias che abbiamo imparato la corrente di bias I CQ e tensione V CEQ erano una funzione del guadagno di corrente (β) del BJT.



Ma, poiché sappiamo che β può essere vulnerabile ai cambiamenti di temperatura, in particolare per i transistor in silicio, e anche il vero valore di beta spesso non viene identificato correttamente, potrebbe essere consigliabile sviluppare una polarizzazione del divisore di tensione nel circuito BJT che potrebbe essere inferiore incline alle temperature o, semplicemente indipendente dalla stessa beta BJT.

configurazione partitore di tensione in BJT

La disposizione di polarizzazione del partitore di tensione di Fig. 4.25 può essere considerata uno di questi progetti.



Quando esaminato con un file base esatta la suscettibilità alle variazioni in beta sembra davvero modesta. Se le variabili del circuito sono opportunamente elaborate, i livelli di I CQ e V CEQ potrebbe essere praticamente completamente indipendente dalla beta.

Ricorda da spiegazioni precedenti che un punto Q è caratterizzato con un livello fisso di ICQ e VCEQ come mostrato in Fig. 4.26.

Il grado di io BQ può cambiare a seconda delle variazioni della beta, ma il punto di lavoro attorno alle caratteristiche individuate da I. CQ e V CEQ può facilmente rimanere invariato se vengono applicate le linee guida del circuito appropriate.

Come accennato in precedenza, troverai un paio di approcci che possono essere utilizzati per esaminare la configurazione del partitore di tensione.

Il motivo alla base della selezione di nomi specifici per questo circuito diventerà evidente durante la nostra analisi, e sarà discusso nei prossimi post.

Il primo è il file tecnica esatta che può essere eseguito su qualsiasi configurazione di partitore di tensione.

Il secondo si chiama metodo approssimativo, e la sua attuazione diventa fattibile quando vengono soddisfatti determinati fattori. Il approccio approssimativo consente un'analisi molto più diretta con il minimo sforzo e tempo.

Inoltre questo può essere molto utile per la 'modalità di progettazione' di cui parleremo nelle sezioni successive.
Nel complesso, dal momento che il 'approccio approssimativo' potrebbe essere lavorato con la maggior parte delle condizioni e quindi deve essere valutato con lo stesso livello di attenzione del 'metodo esatto'.

Analisi esatta

Impariamo come il metodo di analisi esatta può essere implementato con la seguente spiegazione

Facendo riferimento alla figura seguente, il lato di ingresso della rete potrebbe essere riprodotto come illustrato in Fig. 4.27 per l'analisi dc.

Il Equivalente di Thévenin rete per il progetto sul lato sinistro della base BJT B quindi può essere determinata in un modo come illustrato di seguito:

Equivalente di Thévenin per la rete del partitore di tensione BJT

RTh : I punti di alimentazione in ingresso sono sostituiti da un cortocircuito equivalente come mostrato nella Fig. 4.28 di seguito.



ETh: La sorgente di tensione di alimentazione V DC viene applicato di nuovo al circuito e la tensione di Thévenin a circuito aperto come appare nella Fig. 4.29 di seguito viene valutata come indicato di seguito:

Implementando la regola del divisore di tensione arriviamo alla seguente equazione:

Successivamente, ricreando il design di Thévenin come illustrato nella Fig.4.30, valutiamo I. BQ applicando prima la legge della tensione di Kirchhoff in senso orario per il loop:

ETh - IBRTh - VBE - IERE = 0

Come sappiamo IE = (β + 1) B Sostituendolo nel ciclo precedente e risolvendo per I. B dà:

Equazione. 4.30

A prima vista potresti sentire l'Eq. (4.30) sembra abbastanza diverso dalle altre equazioni sviluppate finora, tuttavia uno sguardo più attento mostrerà che il numeratore è solo una differenza di due livelli di volt, mentre il denominatore è il risultato della resistenza di base + resistenza dell'emettitore, che si riflette di (β + 1) ed è senza dubbio molto simile all'Eq. (4.17) ( Base Emitter Loop )

Una volta che IB è stato calcolato attraverso l'equazione di cui sopra, il resto delle grandezze nel progetto potrebbe essere identificato attraverso lo stesso metodo che abbiamo fatto per la rete di polarizzazione dell'emettitore, come mostrato di seguito:

Equazione (4.31)

Risolvere un esempio pratico (4.7)
Calcola la tensione di polarizzazione CC V QUESTO e l'attuale I C nella rete di divisori di tensione mostrata di seguito Fig. 4.31

Figura 4.31 Circuito stabilizzato beta per l'esempio 4.7.

Analisi approssimativa

Nella sezione precedente abbiamo appreso il 'metodo esatto', qui discuteremo il 'metodo approssimativo' per analizzare il partitore di tensione di un circuito BJT.

Possiamo disegnare lo stadio di ingresso di una rete di partitori di tensione basata su BJT come mostrato nella figura 4.32 di seguito.

La resistenza Ri può essere considerata come la resistenza equivalente tra base e linea di massa del circuito, e RE come resistenza tra emettitore e terra.

Dalle nostre discussioni precedenti [Eq. (4.18)] sappiamo che la resistenza riprodotta o riflessa tra base / emettitore del BJT è spiegata dall'equazione Ri = (β + 1) RE.

Se consideriamo una situazione in cui Ri è considerevolmente più grande della resistenza R2, risulterà in IB relativamente più piccolo di I2 (ricorda che la corrente cerca sempre di trovare e muoversi nella direzione della resistenza minima), e quindi I2 diventerà approssimativamente uguale a I1.

Considerando che il valore approssimativo di IB è essenzialmente zero in relazione a I1 o I2, allora I1 = I2 e R1 e R2 potrebbero essere considerati elementi della serie.

Figura 4.32 Circuito a polarizzazione parziale per il calcolo della tensione di base approssimativa V B .

La tensione ai capi di R2, che originariamente sarebbe stata la tensione di base, potrebbe essere valutata come mostrato di seguito, applicando la rete della regola del divisore di tensione:

Da allora Ri = (β + 1) RE ≅ b RI, la condizione che conferma se l'esecuzione del metodo approssimato è fattibile o meno è decisa dall'equazione:

In poche parole, se il valore RE moltiplicato per il valore di β, non è inferiore a 10 volte il valore di R2, allora può essere consentito di implementare l'analisi approssimativa con precisione ottimale

Dopo aver valutato VB, l'ampiezza VE potrebbe essere determinata dall'equazione:

mentre la corrente dell'emettitore potrebbe essere calcolata applicando la formula:


La tensione dal collettore all'emettitore può essere identificata utilizzando la seguente formula:

VCE = VCC - ICRC - IERE

Tuttavia, da quando IE ≅ IC, arriviamo alla seguente equazione:

Va notato che nella serie di calcoli che abbiamo fatto dall'Eq. Da (4.33) a Eq. (4.37), l'elemento β non è presente da nessuna parte e IB non è stato calcolato.

Ciò implica che il punto Q (come stabilito da I. CQ e V CEQ ) come risultato non dipende dal valore di β
Esempio pratico (4.8):

Applichiamo l'analisi al nostro precedente Figura 4.31 , utilizzando un approccio approssimativo e confrontare le soluzioni per ICQ e VCEQ.

Qui osserviamo che il livello di VB è identico a quello di ETh, come valutato nel nostro precedente esempio 4.7. Ciò che significa fondamentalmente è che la differenza tra l'analisi approssimativa e l'analisi esatta è influenzata da RTh, che è responsabile della separazione di ETh e VB nell'analisi esatta.

Andare avanti,

Esempio successivo 4.9

Eseguiamo l'analisi esatta dell'Esempio 4.7 se β è diminuito a 70 e scopriamo la differenza tra le soluzioni per ICQ e VCEQ.

Soluzione
Questo esempio non può essere preso come un confronto tra strategie esatte e approssimative, ma solo per testare il grado in cui il punto Q può spostarsi nel caso in cui la grandezza di β sia ridotta del 50%. RTh ed ETh sono dati come lo stesso:

La disposizione dei risultati in forma tabellare ci dà quanto segue:


Dalla tabella sopra possiamo chiaramente capire che il circuito non risponde relativamente al cambiamento dei livelli β. Nonostante il fatto che la magnitudo β sia stata notevolmente ridotta del 50%, dal valore di 140 a 70, sebbene i valori di ICQ e VCEQ siano sostanzialmente gli stessi.

Esempio successivo 4.10

Valuta i livelli di I. CQ e V CEQ per la rete partitore di tensione come mostrato in Fig. 4.33 applicando il esatto e approssimativo approcci e confrontare le soluzioni risultanti.

Valutare i livelli di ICQ e VCEQ per la rete del partitore di tensione

Nello scenario attuale, le condizioni date nell'Eq. (4.33) potrebbe non essere soddisfatta, tuttavia le risposte possono aiutarci a identificare la differenza nella soluzione con le condizioni dell'Eq. (4.33) non preso in considerazione.
Figura 4.33 Partitore di tensione rete per Esempio 4.10.

Soluzione divisore di tensione che utilizza l

Risolvere utilizzando Exact Analysis:

Risolvere utilizzando l'analisi approssimativa:


Dalle valutazioni di cui sopra siamo in grado di vedere la differenza tra i risultati ottenuti dai metodi esatti e quelli approssimativi.

I risultati rivelano che io CQ è di circa il 30% superiore per il metodo approssimativo, mentre V CEQ è inferiore del 10%. Sebbene i risultati non siano del tutto identici, considerando il fatto che βRE è solo 3 volte maggiore di R2, i risultati non sono nemmeno troppo distanti.

Detto questo, per la nostra analisi futura faremo affidamento prevalentemente sull'Eq. (4.33) per garantire la massima somiglianza tra le due analisi.




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