In einfachen Worten kann das Vorspannen in BJTs als ein Prozess definiert werden, bei dem ein BJT aktiviert oder eingeschaltet wird, indem eine kleinere Größe von Gleichstrom über seine Basis- / Emitteranschlüsse gelegt wird, so dass es in der Lage ist, eine relativ größere Größe von Gleichstrom über zu leiten seine Kollektor-Emitter-Anschlüsse.

Die Arbeitsweise eines Bipolartransistors oder von BJTs bei Gleichstrompegeln wird von mehreren Faktoren bestimmt, einschließlich eines Bereichs von Betriebspunkte über die Eigenschaften der Geräte.

Unter dem in diesem Artikel erläuterten Abschnitt 4.2 werden wir die Details zu diesem Bereich von überprüfen Betriebspunkte für BJT-Verstärker. Sobald die spezifizierten Gleichstromversorgungen berechnet sind, kann ein Schaltungsdesign zur Bestimmung des erforderlichen Betriebspunkts erstellt werden.

Eine Vielzahl solcher Konfigurationen wird in diesem Artikel untersucht. Jedes einzelne diskutierte Modell identifiziert zusätzlich die Stabilität des Ansatzes, dh genau, wie empfindlich das System für einen bestimmten Parameter sein könnte.

Obwohl in diesem Abschnitt zahlreiche Netzwerke untersucht werden, weisen sie aufgrund der folgenden wiederholten Verwendung der entscheidenden grundlegenden Beziehung eine grundlegende Ähnlichkeit zwischen den Bewertungen jeder Konfiguration auf:

In den meisten Situationen ist der Basisstrom IB die allererste Größe, die ermittelt werden muss. Sobald IB identifiziert ist, werden die Beziehungen von Gl. (4.1) über (4.3) könnte implementiert werden, um den Rest der fraglichen Mengen zu erhalten.

“Welche der folgenden Arten von drahtlosen Medien würden als solche angesehen? ”

Die Ähnlichkeiten bei den Bewertungen werden sich schnell bemerkbar machen, wenn wir mit den folgenden Abschnitten fortfahren.

Die Gleichungen für IB sind für viele der Designs so identisch, dass eine Formel durch einfaches Entfernen oder Einfügen eines oder zweier Elemente von der anderen abgeleitet werden kann.

Das Hauptziel dieses Kapitels besteht darin, ein gewisses Verständnis des BJT-Transistors zu erlangen, mit dem Sie eine Gleichstromanalyse nahezu jeder Schaltung durchführen können, die den BJT-Verstärker als Element enthält.

4.2 BETRIEBSPUNKT

Das Wort Vorspannung Im Titel dieses Artikels wird ein ausführlicher Begriff angezeigt, der die Implementierung von Gleichspannungen und die Bestimmung eines festen Strom- und Spannungspegels in BJTs bezeichnet.

Für BJT-Verstärker erzeugen der resultierende Gleichstrom und die resultierende Spannung eine Betriebspunkt auf die Eigenschaften, die den Bereich festlegen, der für die erforderliche Verstärkung des angelegten Signals ideal wird. Da der Arbeitspunkt zufällig ein vorbestimmter Punkt für die Eigenschaften ist, kann er auch als Ruhepunkt (abgekürzt als Q-Punkt) bezeichnet werden.

'Ruhig' bedeutet per Definition Stille, Stille, Bewegungsmangel. Abbildung 4.1 zeigt eine Standardausgangscharakteristik eines BJT mit 4 Betriebspunkte . Die Vorspannungsschaltung könnte entwickelt werden, um den BJT über einen dieser oder andere Punkte innerhalb des aktiven Bereichs zu etablieren.

Die maximalen Nennwerte sind in den Eigenschaften von Abb. 4.1 durch eine horizontale Linie für den höchsten Kollektorstrom ICmax und eine senkrechte Linie für die höchste Kollektor-Emitter-Spannung VCEmax angegeben.

Die maximale Leistungsbegrenzung ist aus der Kurve PCmax in derselben Abbildung ersichtlich. Am unteren Ende des Diagramms sehen wir den durch IB ≤ 0μ gekennzeichneten Grenzbereich und den durch VCE ≤ VCEsat gekennzeichneten Sättigungsbereich.

Die BJT-Einheit könnte möglicherweise außerhalb dieser angegebenen Höchstgrenzen vorgespannt sein, aber die Konsequenz eines solchen Prozesses würde zu einer signifikanten Verschlechterung der Lebensdauer des Geräts oder zu einem vollständigen Ausfall des Geräts führen.

Wenn Sie die Werte zwischen dem angegebenen aktiven Bereich einschränken, können Sie eine Vielzahl von auswählen Betriebsbereiche oder Punkte . Der ausgewählte Q-Punkt hängt normalerweise von der beabsichtigten Spezifikation der Schaltung ab.

Wir können jedoch sicherlich einige Unterschiede zwischen der Anzahl der in Abb. 4.1 dargestellten Punkte berücksichtigen, um einige grundlegende Empfehlungen zu geben Betriebspunkt und daher die Vorspannungsschaltung.

Wenn keine Vorspannung angelegt würde, würde das Gerät zunächst vollständig ausgeschaltet bleiben, was dazu führen würde, dass ein Q-Punkt bei A liegt, dh kein Strom über das Gerät (und 0 V darüber). Da es wichtig ist, einen BJT vorzuspannen, damit er über den gesamten Bereich eines bestimmten Eingangssignals reagieren kann, sieht Punkt A möglicherweise nicht angemessen aus.

Wenn für Punkt B ein Signal an die Schaltung angeschlossen ist, zeigt das Gerät eine Variation von Strom und Spannung durch die Betriebspunkt Dadurch kann das Gerät sowohl auf die positiven als auch auf die negativen Anwendungen des Eingangssignals reagieren (und diese möglicherweise verstärken).

Wenn das Eingangssignal optimal genutzt wird, ändern sich wahrscheinlich die Spannung und der Strom des BJT. Dies reicht jedoch möglicherweise nicht aus, um das Gerät auf Abschaltung oder Sättigung zu aktivieren.

Punkt C kann bestimmte positive und negative Abweichungen des Ausgangssignals unterstützen, aber die Spitze-Spitze-Größe kann auf die Nähe von VCE = 0 V / IC = 0 mA beschränkt sein.

Das Arbeiten am Punkt C kann ebenfalls wenig Bedenken hinsichtlich der Nichtlinearitäten hervorrufen, da sich der Abstand zwischen den IB-Kurven in diesem bestimmten Bereich schnell ändern kann.

Im Allgemeinen ist es weitaus besser, das Gerät zu betreiben, bei dem die Verstärkung des Geräts ziemlich konstant (oder linear) ist, um sicherzustellen, dass die Verstärkung des Gesamthubs des Eingangssignals gleichmäßig bleibt.

Punkt B ist ein Bereich, der einen höheren linearen Abstand und aus diesem Grund eine größere lineare Aktivität aufweist, wie in Abb. 4.1 gezeigt.

Punkt D legt das Gerät fest Betriebspunkt nahe an den höchsten Spannungs- und Leistungspegeln. Der Ausgangsspannungshub an der positiven Grenze ist somit begrenzt, wenn die maximale Spannung nicht überschritten werden soll.

Punkt B sieht daher perfekt aus Betriebspunkt in Bezug auf lineare Verstärkung und größtmögliche Spannungs- und Stromschwankungen.

Wir werden dies im Idealfall für Kleinsignalverstärker (Kapitel 8) beschreiben, jedoch nicht immer für Leistungsverstärker. Wir werden später darauf eingehen.

In diesem Diskurs werde ich mich hauptsächlich auf die Vorspannung des Transistors hinsichtlich der Kleinsignalverstärkungsfunktion konzentrieren.

Es gibt noch einen weiteren äußerst wichtigen Vorspannungsfaktor, der betrachtet werden muss. Den BJT mit einem Ideal bestimmt und voreingenommen Betriebspunkt sollten auch die Auswirkungen der Temperatur bewertet werden.

Der Wärmebereich führt dazu, dass die Gerätegrenzen wie die Transistorstromverstärkung (Wechselstrom) und der Transistorleckstrom (ICEO) abweichen. Erhöhte Temperaturbereiche verursachen größere Leckströme im BJT und ändern somit die vom Vorspannungsnetzwerk festgelegte Betriebsspezifikation.

Dies impliziert, dass das Netzwerkmuster auch ein Maß an Temperaturstabilität ermöglichen muss, um sicherzustellen, dass die Auswirkungen von Temperaturschwankungen bei minimalen Verschiebungen auftreten Betriebspunkt . Diese Aufrechterhaltung des Betriebspunkts könnte mit einem Stabilitätsfaktor S festgelegt werden, der das Ausmaß der Abweichungen im Betriebspunkt angibt, die durch eine Temperaturänderung verursacht werden.

Eine optimal stabilisierte Schaltung ist ratsam, und das stabile Merkmal mehrerer wesentlicher Vorspannungsschaltungen wird hier bewertet. Damit der BJT innerhalb eines linearen oder effektiven Betriebsbereichs vorgespannt werden kann, müssen die folgenden Punkte erfüllt sein:

“Wie man einen Autoverstärker zu Hause mit Strom versorgt ”

1. Der Basis-Emitter-Übergang sollte in Vorwärtsrichtung vorgespannt sein (Spannung im p-Bereich stark positiv), um eine Vorwärtsvorspannung von etwa 0,6 bis 0,7 V zu ermöglichen.

2. Der Basis-Kollektor-Übergang muss in Sperrrichtung vorgespannt sein (n-Bereich stark positiv), wobei die Sperrspannung in einem bestimmten Wert innerhalb der Maximalgrenzen des BJT bleiben muss.

[Denken Sie daran, dass für die Vorwärtsvorspannung die Spannung am pn-Übergang gleich ist p -positiv, und für die umgekehrte Vorspannung ist es umgekehrt mit n -positiv. Dieser Fokus auf den ersten Buchstaben sollte Ihnen eine Möglichkeit geben, sich leicht an die wesentliche Spannungspolarität zu erinnern.]

Der Betrieb in den Grenz-, Sättigungs- und linearen Bereichen der BJT-Kennlinie wird normalerweise wie folgt dargestellt:

1. Betrieb im linearen Bereich:

Basis-Emitter-Übergang in Vorwärtsrichtung vorgespannt

Basis-Kollektor-Übergang in Sperrrichtung vorgespannt

zwei. Cutoff-Region-Betrieb:

Basis-Emitter-Übergang in Sperrrichtung vorgespannt

3. Sättigungsbereichsbetrieb:

Basis-Emitter-Übergang in Vorwärtsrichtung vorgespannt

Basis-Kollektor-Übergang vorwärts vorgespannt

4.3 FIXED-BIAS-SCHALTUNG

Die Schaltung mit fester Vorspannung in Abb. 4.2 bietet einen relativ einfachen und unkomplizierten Überblick über die Gleichstromvorspannungsanalyse des Transistors.

Obwohl das Netzwerk einen NPN-Transistor implementiert, könnten die Formeln und Berechnungen mit einem PNP-Transistoraufbau gleichermaßen effektiv funktionieren, indem einfach die Stromflusspfade und Spannungspolaritäten neu konfiguriert werden.

Die Stromrichtungen in Abb. 4.2 sind die echten Stromrichtungen, und die Spannungen werden durch die universellen doppelt tiefgestellten Anmerkungen identifiziert.

Für die Gleichstromanalyse kann das Design einfach durch Austauschen der Kondensatoren gegen ein Leerlaufäquivalent von den genannten Wechselstrompegeln getrennt werden.

Darüber hinaus könnte die Gleichstromversorgung VCC in einige separate Versorgungen aufgeteilt werden (nur zur Durchführung der Auswertung), wie in Abb. 4.3 gezeigt, nur um eine Aufteilung der Eingangs- und Ausgangskreise zu ermöglichen.

Dies minimiert die Verbindung zwischen den beiden mit dem Basisstrom IB. Die Trennung ist zweifellos legitim, wie in Abb. 4.3 gezeigt, wo VCC genau wie in Abb. 4.2 direkt an RB und RC angeschlossen ist.

Vorwärtsvorspannung des Basis-Emitters

Analysieren wir zunächst die oben in Abb. 4.4 gezeigte Basis-Emitter-Schaltungsschleife. Wenn wir die Kirchhoffsche Spannungsgleichung für die Schleife im Uhrzeigersinn implementieren, leiten wir die folgende Gleichung ab:

Wir können sehen, dass die Polarität des Spannungsabfalls über RB durch die Richtung des Stroms IB bestimmt wird. Das Lösen der Gleichung für den aktuellen IB liefert das folgende Ergebnis:

Gleichung (4.4)

Gleichung (4.4) ist definitiv eine Gleichung, die leicht gespeichert werden kann, indem einfach daran erinnert wird, dass der Basisstrom hier der durch RB fließende Strom wird, und indem das Ohmsche Gesetz angewendet wird, nach dem der Strom gleich der Spannung über RB geteilt durch den Widerstand RB ist .

Die Spannung an RB ist die an einem Ende angelegte Spannung VCC abzüglich des Abfalls an der Basis-Emitter-Verbindung (VBE).
Aufgrund der Tatsache, dass die Versorgungs-VCC und die Basis-Emitter-Spannung VBE feste Größen sind, bestimmt die Wahl des Widerstands RB an der Basis die Menge des Basisstroms für den Schaltpegel.

Kollektor-Emitter-Schleife

Die Abbildung 4.5 zeigt die Kollektor-Emitter-Schaltungsstufe, in der die Richtung des Strom-IC und die entsprechende Polarität über RC dargestellt wurden.
Der Wert des Kollektorstroms kann durch die folgende Gleichung in direktem Zusammenhang mit IB gesehen werden:

Gleichung (4.5)

Es mag interessant sein zu sehen, dass die Größe von IC keine Funktion des Widerstands RC ist, da der Basisstrom von den RB-Größen abhängt und IC über eine Konstante β mit IB verbunden ist.

Das Einstellen von RC auf einen anderen Wert hat keine Auswirkung auf den IB- oder sogar IC-Pegel, solange der aktive Bereich des BJT erhalten bleibt.
Sie werden jedoch feststellen, dass die Größe von VCE durch den RC-Pegel bestimmt wird, und dies kann eine entscheidende Sache sein, die berücksichtigt werden muss.

Wenn wir das Kirchhoffsche Spannungsgesetz im Uhrzeigersinn über die in Abb. 4.5 gezeigte geschlossene Schleife verwenden, ergeben sich die folgenden zwei Gleichungen:

Gleichung (4.6)

Dies zeigt an, dass die Spannung über dem Kollektoremitter des BJT innerhalb einer festen Vorspannungsschaltung die Versorgungsspannung ist, die dem über RC gebildeten Abfall entspricht
Um einen kurzen Blick auf die einfache und doppelte tiefgestellte Notation zu werfen, erinnern Sie sich an Folgendes:

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

wobei VCE die vom Kollektor zum Emitter fließende Spannung angibt, sind VC und VE die Spannungen, die vom Kollektor bzw. Emitter zur Erde fließen. Aber hier haben wir, da VE = 0 V ist

VCE = VC -------- (4,8)
Auch weil wir haben,
VBE = VB - UND -------- (4.9)
und weil VE = 0 ist, bekommen wir endlich:
VBE = VB -------- (4.10)

Bitte beachten Sie folgende Punkte:

Stellen Sie beim Messen der Spannungspegel wie VCE sicher, dass die rote Sonde des Voltmeters am Kollektorstift und die schwarze Sonde am Emitterstift angebracht sind (siehe folgende Abbildung).

“wie man ein ic macht ”

VC bezeichnet die Spannung, die vom Kollektor zur Erde fließt, und sein Messverfahren ist ebenfalls wie in der folgenden Abbildung angegeben.

Im vorliegenden Fall sind beide obigen Messwerte ähnlich, aber für verschiedene Schaltungsnetzwerke könnten unterschiedliche Ergebnisse gezeigt werden.

Dies impliziert, dass sich dieser Unterschied in den Messwerten zwischen den beiden Messungen als entscheidend erweisen könnte, wenn ein möglicher Fehler in einem BJT-Netzwerk diagnostiziert wird.