Spannungsteiler-Vorspannung in BJT-Schaltkreisen - Mehr Stabilität ohne Beta-Faktor

Das Vorspannen der Anschlüsse eines Bipolartransistors unter Verwendung eines berechneten Widerstandsteilernetzwerks zur Sicherstellung einer optimalen Leistung und eines optimalen Schaltverhaltens wird als Spannungsteilervorspannung bezeichnet.

In dem frühere Bias-Designs dass wir den Vorspannungsstrom I gelernt haben CQ und Spannung V. CEQ waren eine Funktion der Stromverstärkung (β) des BJT.

Da wir jedoch wissen, dass β anfällig für Temperaturänderungen sein kann, insbesondere für Siliziumtransistoren, und auch der wahre Wert von Beta häufig nicht richtig identifiziert wird, könnte es ratsam sein, eine Spannungsteilervorspannung in der BJT-Schaltung zu entwickeln, die möglicherweise geringer ist anfällig für Temperaturen oder einfach unabhängig von BJT Beta selbst.

Die Vorspannungsanordnung des Spannungsteilers von Abb. 4.25 kann als eine dieser Ausführungen angesehen werden.

Bei Prüfung mit einem genaue Basis Die Anfälligkeit für Beta-Variationen sieht wirklich bescheiden aus. Wenn die Schaltungsvariablen angemessen berechnet werden, werden die Pegel von I. CQ und V. CEQ könnte praktisch völlig unabhängig von Beta sein.

Denken Sie aus früheren Erklärungen daran, dass ein Q-Punkt mit einem festen ICQ- und VCEQ-Wert gekennzeichnet ist, wie in Abb. 4.26 dargestellt.

Der Grad von mir BQ kann sich abhängig von den Variationen in der Beta ändern, aber der Betriebspunkt um die von I identifizierten Eigenschaften CQ und V. CEQ kann leicht unverändert bleiben, wenn entsprechende Schaltungsrichtlinien angewendet werden.

Wie oben erwähnt, finden Sie einige Ansätze, mit denen der Aufbau des Spannungsteilers untersucht werden kann.

Der Grund für die Auswahl spezifischer Namen für diese Schaltung wird während unserer Analyse deutlich und in den zukünftigen Beiträgen erörtert.

Der allererste ist der genaue Technik Dies kann mit jedem Spannungsteiler-Setup durchgeführt werden.

Der zweite heißt der ungefähre Methode, und seine Umsetzung wird machbar, wenn bestimmte Faktoren erfüllt sind. Das ungefähre Annäherung ermöglicht eine weitaus direktere Analyse mit minimalem Aufwand und Zeitaufwand.

Darüber hinaus kann dies für den 'Entwurfsmodus' sehr nützlich sein, über den wir in den späteren Abschnitten sprechen werden.
Im Großen und Ganzen seit dem 'ungefähre Annäherung' könnte mit den meisten Bedingungen gearbeitet werden und muss daher mit der gleichen Aufmerksamkeit bewertet werden wie die 'genaue Methode'.

Genaue Analyse

Lassen Sie uns lernen, wie die Methode von genaue Analyse kann mit der folgenden Erklärung implementiert werden

Unter Bezugnahme auf die folgende Abbildung könnte die Eingangsseite des Netzwerks wie in Abb. 4.27 für die Gleichstromanalyse dargestellt reproduziert werden.

Das Thévenin-Äquivalent Das Netzwerk für das Design auf der linken Seite der BJT-Basis B kann dann wie folgt dargestellt werden:

RTh :: Die Eingangsversorgungspunkte werden durch einen äquivalenten Kurzschluss ersetzt, wie in Abb. 4.28 dargestellt.

ETh: Die Versorgungsspannungsquelle V. DC wird wieder an den Stromkreis angelegt, und die Leerlauf-Thévenin-Spannung, wie in Abb. 4.29 unten dargestellt, wird wie folgt ausgewertet:

Durch die Implementierung der Spannungsteilerregel erhalten wir die folgende Gleichung:

Als nächstes bewerten wir I neu, indem wir das Thévenin-Design wie in Abb. 4.30 dargestellt neu erstellen BQ indem Sie zuerst das Kirchhoffsche Spannungsgesetz im Uhrzeigersinn für die Schleife anwenden:

ETh - IBRTh - VBE - IERE = 0

Wie wir wissen IE = (β + 1) B. Ersetzen Sie es in der obigen Schleife und lösen Sie nach I. B. gibt:

Gleichung. 4.30

Auf den ersten Blick können Sie Gl. (4.30) sieht ganz anders aus als die anderen bisher entwickelten Gleichungen. Ein genauerer Blick zeigt jedoch, dass der Zähler nur eine Differenz von zwei Voltpegeln ist, während der Nenner das Ergebnis des Basiswiderstands + Emitterwiderstand ist, der reflektiert wird durch (β + 1) und ist zweifellos sehr ähnlich zu Gl. (4,17) ( Basis-Emitter-Schleife )

Sobald IB durch die obige Gleichung berechnet wurde, konnten die restlichen Größen im Entwurf durch dieselbe Methode wie für das Emitter-Bias-Netzwerk identifiziert werden, wie unten gezeigt:

Gleichung (4.31)

Lösen eines praktischen Beispiels (4.7)
Berechnen Sie die DC-Vorspannung V. DIES und das aktuelle ich C. im unten gezeigten Spannungsteilernetz Abb. 4.31

Abbildung 4.31 Beta-stabilisierte Schaltung für Beispiel 4.7.

Ungefähre Analyse

Im obigen Abschnitt haben wir die 'genaue Methode' gelernt. Hier werden wir die 'ungefähre Methode' zur Analyse des Spannungsteilers einer BJT-Schaltung diskutieren.

Wir können die Eingangsstufe eines BJT-basierten Spannungsteilernetzwerks zeichnen, wie in Abbildung 4.32 unten gezeigt.

Der Widerstand Ri kann als Widerstandsäquivalent zwischen Basis- und Erdungsleitung der Schaltung und RE als Widerstand zwischen Emitter und Masse betrachtet werden.

Aus unseren früheren Diskussionen [Gl. (4.18)] Wir wissen, dass der zwischen Basis / Emitter des BJT reproduzierte oder reflektierte Widerstand durch die Gleichung erklärt wird Ri = (β + 1) RE.

Wenn wir eine Situation betrachten, in der Ri erheblich größer als der Widerstand R2 ist, führt dies dazu, dass IB relativ kleiner als I2 ist (denken Sie daran, dass der Strom immer versucht, den minimalen Widerstand zu finden und sich in dessen Richtung zu bewegen), und daher wird I2 ungefähr gleich I1.

Wenn man bedenkt, dass der ungefähre Wert von IB in Bezug auf I1 oder I2 im wesentlichen Null ist, dann können I1 = I2 und R1 und R2 als Serienelemente betrachtet werden.

Abbildung 4.32 Teilvorspannungsschaltung zur Berechnung der ungefähren Basisspannung V. B. .

Die Spannung über R2, die ursprünglich die Basisspannung wäre, könnte wie unten gezeigt ausgewertet werden, indem das Spannungsteiler-Regelnetzwerk angewendet wird:

Jetzt seit Ri = (β + 1) RE ≅ b RE, Die Bedingung, die bestätigt, ob die Ausführung der ungefähren Methode durchführbar ist oder nicht, wird durch die folgende Gleichung bestimmt:

Einfach ausgedrückt, wenn der Wert RE mal dem Wert von β nicht kleiner als das 10-fache des Wertes von R2 ist, kann es möglich sein, die ungefähre Analyse mit optimaler Genauigkeit durchzuführen

Nachdem VB ausgewertet wurde, könnte die VE-Größe durch die folgende Gleichung bestimmt werden:

während der Emitterstrom durch Anwendung der Formel berechnet werden könnte:

Die Spannung vom Kollektor zum Emitter kann mit der folgenden Formel identifiziert werden:

VCE = VCC - ICRC - IERE

Allerdings seit IE ≅ IC, Wir kommen zu der folgenden Gleichung:

Es ist zu beachten, dass in der Reihe von Berechnungen, die wir aus Gl. (4.33) bis Gl. (4.37) ,, das Element β ist nirgends vorhanden und IB wurde nicht berechnet.

Dies impliziert, dass der Q-Punkt (wie von I festgelegt CQ und V. CEQ ) ist daher nicht vom Wert von β abhängig
Praktisches Beispiel (4.8):

Wenden wir die Analyse auf unsere früheren an Abbildung 4.31 Verwenden Sie einen ungefähren Ansatz und vergleichen Sie die Lösungen für ICQ und VCEQ.

Hier stellen wir fest, dass das Niveau von VB mit dem von ETh identisch ist, wie in unserem vorherigen Beispiel 4.7 bewertet. Grundsätzlich bedeutet dies, dass der Unterschied zwischen der ungefähren Analyse und der exakten Analyse durch RTh beeinflusst wird, das für die Trennung von ETh und VB in der exakten Analyse verantwortlich ist.

Vorankommen,

Nächstes Beispiel 4.9

Lassen Sie uns die genaue Analyse von Beispiel 4.7 durchführen, wenn β auf 70 verringert ist, und den Unterschied zwischen den Lösungen für ICQ und VCEQ herausfinden.

Lösung
Dieses Beispiel darf nicht als Vergleich zwischen exakten und ungefähren Strategien angesehen werden, sondern nur zum Testen des Grades, in dem sich der Q-Punkt bewegen kann, falls die Größe von β um 50% verringert wird. RTh und ETh werden wie folgt angegeben:

Wenn Sie die Ergebnisse in tabellarischer Form anordnen, erhalten Sie Folgendes:

Aus der obigen Tabelle können wir deutlich herausfinden, dass die Schaltung relativ unempfindlich auf die Änderung der β-Spiegel reagiert. Trotz der Tatsache, dass die β-Größe von 140 auf 70 um 50% signifikant verringert wurde, obwohl die Werte von ICQ und VCEQ im Wesentlichen gleich sind.

Nächstes Beispiel 4.10

Bewerten Sie die Ebenen von I. CQ und V. CEQ für das Spannungsteilernetzwerk wie in Abb. 4.33 gezeigt durch Anwenden der genau und ungefähr Ansätze und vergleichen Sie die resultierenden Lösungen.

Im vorliegenden Szenario sind die in Gl. (4.33) ist möglicherweise nicht erfüllt, aber die Antworten können uns helfen, den Unterschied in der Lösung mit den Bedingungen von Gl. (4.33) nicht berücksichtigt werden.
Abbildung 4.33 Spannungsteiler Netzwerk für Beispiel 4.10.

Lösen mit exakter Analyse:

Lösen mit der Näherungsanalyse:


Aus den obigen Bewertungen können wir den Unterschied zwischen den Ergebnissen der exakten und der ungefähren Methoden erkennen.

Die Ergebnisse zeigen, dass ich CQ ist für die ungefähre Methode um 30% höher, während V. CEQ ist 10% niedriger. Obwohl die Ergebnisse nicht ganz identisch sind, wenn man bedenkt, dass βRE nur dreimal größer als R2 ist, sind die Ergebnisse auch nicht zu weit voneinander entfernt.

Wir sagten, dass wir uns für unsere zukünftige Analyse überwiegend auf die Gl. (4.33), um maximale Ähnlichkeit zwischen den beiden Analysen sicherzustellen.