Pochopenie konfigurácie spoločnej základne v BJT

Vyskúšajte Náš Nástroj Na Odstránenie Problémov





V tejto časti sa chystáme analyzovať konfiguráciu spoločnej základne BJT a dozvedieť sa o charakteristikách jazdných bodov, spätnom saturačnom prúde, napätí medzi základňou a emitorom a vyhodnotiť parametre pomocou praktického riešeného príkladu. V ďalších častiach budeme tiež analyzovať, ako nakonfigurovať obvod zosilňovača bežnej základne

Úvod

Symboly a anotácie používané na reprezentáciu konfigurácie základnej tranzistora vo väčšine z nich
knihy a sprievodcovia vytlačené v týchto dňoch možno vidieť na obrázku nižšie, ktorý je zobrazený na obrázku 3.6. Môže to platiť pre tranzistory pnp i npn.



Obrázok 3.6

3.4 Čo je to konfigurácia Common-Base

Pojem „spoločná základňa“ vyplýva zo skutočnosti, že základňa je tu spoločná pre vstupné aj výstupné stupne usporiadania.



Ďalej sa základňa zvyčajne stáva koncovkou najbližšou k potenciálu zeme alebo na nej.

Počas nášho rozhovoru sa všetky súčasné (ampérové) smery budú brať ohľadne konvenčného (otvorového) smeru toku, a nie smeru elektrónového toku.

O tomto výbere bolo rozhodnuté hlavne s obavou, že veľké množstvo dokumentov ponúkaných akademickými a komerčnými organizáciami implementuje konvenčný tok a šípky v každej elektronickej reprezentácii majú cestu identifikovanú týmto špecifickým dohovorom.

Pre akýkoľvek bipolárny tranzistor:

Šípková značka v grafickom symbole popisuje smer toku prúdu emitora (konvenčný tok) cez tranzistor.

Každý zo súčasných (Amp) smerov zobrazených na obrázku 3.6 sú skutočné smery charakterizované výberom konvenčného toku. V každom prípade si všimnite, že IE = IC + IB.

Všimnite si navyše, že predpätie (zdroje napätia) je implementované špeciálne na zisťovanie prúdu v smere, ktorý je určený pre každý z kanálov. To znamená, porovnajte smer IE s polaritou alebo VEE pre každú konfiguráciu a tiež porovnajte smer IC s polaritou VCC.

Na komplexnú ilustráciu činnosti trojvodičovej jednotky, napríklad zosilňovače bežnej základne 3.6 vyžaduje 2 sady vlastností - jednu pre jazdný bod alebo vstupné faktory a druhý pre výkon oddiel.

Vstupná sada pre zosilňovač bežnej základne zobrazená na obr. 3.7 privádza na vstup vstupný prúd (IE)
napätie (VBE) pre rôzne rozsahy výstupného napätia (VCB).

charakteristiky jazdného bodu pre konfiguráciu BJT so spoločnou základňou

The výstupná sada aplikuje výstupný prúd (IC) na výstupné napätie (VCB) pre rôzne rozsahy vstupného prúdu (IE), ako je to znázornené na obrázku 3.8. Výstup alebo skupina charakteristík kolektorov obsahuje 3 základné zaujímavé prvky, ako je to znázornené na obrázku 3.8: aktívne oblasti, medzné hodnoty a oblasti nasýtenia . Aktívna oblasť bude oblasť zvyčajne užitočná pre lineárne (neskreslené) zosilňovače. Konkrétne:

V aktívnej oblasti bude križovatka kolektor-báza predpätá, zatiaľ čo križovatka báza-vysielač je predpätá dopredu.

Aktívna oblasť je charakterizovaná konfiguráciami predpätia, ako je znázornené na obrázku 3.6. Na spodnom konci aktívnej oblasti bude emitorový prúd (IE) nulový, kolektorový prúd je v tejto situácii jednoducho výsledkom reverzného saturačného prúdu ICO, ako je znázornené na obr. 3.8.

spoločné konfiguračné charakteristiky kolektora

Súčasné ICO je rozmerovo tak zanedbateľné (mikroampéry) v porovnaní s vertikálnou mierkou IC (miliampéry), že sa prezentuje prakticky na rovnakej horizontálnej línii ako IC = 0.

Úvahy o obvode, ktoré sú prítomné, keď IE = 0 pre nastavenie spoločnej základne, je vidieť na obrázku 3.9. Anotácia najčastejšie používaná pre ICO na údajových listoch a technických listoch je uvedená v obr. 3.9, ICBO. Z dôvodu vynikajúcich konštrukčných metód je stupeň ICBO pre univerzálne tranzistory (najmä kremík) v rozmedzí nízkych a stredných výkonov obvykle taký minimálny, že je možné jeho vplyv prehliadnuť.

reverzná saturácia siete common-base

To znamená, že pre zariadenia s väčšou energiou sa ICBO môže naďalej zobrazovať v rozsahu mikroampérov. Ďalej nezabudnite, že ICBO, rovnako ako Je v prípade diód (obe sú zvodové zvodové prúdy) môžu byť citlivé na zmeny teploty.

Pri zvýšených teplotách môže byť dopad ICBO rozhodujúcim aspektom, pretože môže výrazne rýchlo vzrásť v reakcii na zvýšenie teploty.

Upozorňujeme, že na obr. 3.8, keď prúd emitora stúpa nad nulu, kolektorový prúd stúpa na úroveň, ktorá je primárne ekvivalentná úrovni prúdu emitora, ktorá je stanovená základnými vzťahmi tranzistora a prúdu.

Všimnite si tiež, že existuje dosť neefektívny vplyv VCB na kolektorový prúd pre aktívny región. Zakrivené tvary evidentne prezrádzajú, že počiatočný odhad vzťahu medzi IE a IC v aktívnej oblasti je možné predstaviť ako:

Ako je odvodené zo samotného názvu, pod medznou oblasťou sa rozumie miesto, kde je kolektorový prúd 0 A, ako je uvedené na obr. 3.8. Ďalej:

V medznej oblasti bývajú križovatky kolektor-základňa a základňa-vysielač tranzistora v režime reverzného predpätia.

Oblasť nasýtenia je identifikovaná ako časť charakteristík na ľavej strane VCB = 0 V. Horizontálna mierka v tejto oblasti bola zväčšená, aby zreteľne odhalila pozoruhodné vylepšenia atribútov v tejto oblasti. Pozorujte exponenciálny nárast prúdu kolektora v reakcii na zvýšenie napätia VCB smerom k 0 V.

Križovatky kolektor-základňa a základňa-vysielač sú v oblasti nasýtenia viditeľné ako predpätie.

Vstupné charakteristiky na obrázku 3.7 ukazujú, že pri akýchkoľvek vopred určených velkostiach kolektorového napätia (VCB) sa emitorový prúd zvyšuje takým spôsobom, ktorý sa môže silne podobať charakteristikám diódy.

Účinok stúpajúcej VCB má v skutočnosti tendenciu byť taký minimálny na charakteristiky, že pri akomkoľvek predbežnom hodnotení by sa mohol ignorovať rozdiel spôsobený zmenami vo VCB a charakteristiky by sa dali skutočne znázorniť, ako je to znázornené na obrázku 3.10a nižšie.

Ak teda použijeme techniku ​​po častiach-lineárne, vytvoríme to charakteristiky, ako je to znázornené na obrázku 3.10b.

Posunutie tejto úrovne o úroveň vyššie a ignorovanie sklonu krivky a následne odporu generovaného v dôsledku križovania s predpätím vedie k charakteristikám zobrazeným na obr. 3.10c.

Pre všetky budúce vyšetrovania, o ktorých sa bude diskutovať na tomto webe, sa bude uplatňovať ekvivalentný návrh na obr. 3.10c pre všetky jednosmerné vyhodnotenia tranzistorových obvodov. To znamená, že kedykoľvek je BJT v „vodivom“ stave, bude sa napätie medzi bázou a emitorom považovať za vyjadrené v nasledujúcej rovnici: VBE = 0,7 V (3.4).

Inými slovami, vplyv zmien hodnoty VCB spolu so sklonom vstupných charakteristík bude mať tendenciu byť prehliadaný, pretože sa budeme snažiť hodnotiť konfigurácie BJT takým spôsobom, ktorý nám môže pomôcť získať optimálnu aproximáciu smerom k skutočná odpoveď bez toho, aby sme sa príliš zaoberali parametrami, ktoré môžu mať menší význam.

Obrázok 3.10

Všetci by sme mali skutočne dôkladne oceniť tvrdenie vyjadrené vo vyššie uvedených charakteristikách obr. 3.10c. Definujú, že s tranzistorom v „zapnutom“ alebo aktívnom stave bude napätie prechádzajúce zo základne na emitor 0,7 V pre akékoľvek množstvo prúdu emitora regulovaného príslušnou sieťou externých obvodov.

Presnejšie, pri akomkoľvek počiatočnom experimentovaní s obvodom BJT v konfigurácii jednosmerného prúdu môže používateľ teraz rýchlo definovať, že napätie medzi základňou a vysielačom je 0,7 V, keď je zariadenie v aktívnej oblasti - čo je možné považovať za extrémne rozhodujúci spodný riadok pre celú našu dc analýzu, ktorej sa budeme venovať v našich nadchádzajúcich článkoch.

Riešenie praktického príkladu (3.1)

V predchádzajúcich častiach sme sa dozvedeli, čo je konfigurácia common-base o vzťahu medzi základným prúdom I C. a emitorový prúd I JE BJT v oddiele 3.4. S odkazom na tento článok teraz môžeme navrhnúť konfiguráciu, ktorá by umožnila BJT zosilniť prúd, ako je znázornené na obrázku 3.12 pod obvodom zosilňovača so spoločnou základňou.

Ale predtým, ako to preskúmame, bude pre nás dôležité naučiť sa, čo je alfa (α).

Alfa (a)

V konfigurácii BJT so spoločnou základňou v režime DC je v dôsledku pôsobenia väčšinových nosných prúd I C. a ja JE tvoria vzťah vyjadrený veličinou alfa a sú vyjadrené ako:

a dc = Ja C. / Ja JE -------------------- (3,5)

kde ja C. a ja JE sú súčasné úrovne na prevádzkový bod . Aj keď vyššie uvedená charakteristika identifikuje, že α = 1, v skutočných zariadeniach a experimentoch by toto množstvo mohlo ležať kdekoľvek okolo 0,9 až 0,99, a vo väčšine prípadov by sa to blížilo k maximálnej hodnote rozsahu.

Vzhľadom na to, že tu je alfa špecificky definovaná pre väčšinových dopravcov, Rovnica 3.2 ktoré sme sa naučili v predchádzajúce kapitoly teraz možno napísať ako:

alfa v spoločnom základnom zosilňovači

S odvolaním sa na charakteristika v grafe Obr. 3.8 , keď som JE = 0 mA, I C. hodnota sa následne stáva = I CBO.

Z našich predchádzajúcich diskusií však vieme, že úroveň ja CBO je často minimálna, a preto sa stáva takmer neidentifikovateľným v grafe 3.8.

To znamená, kedykoľvek JE = 0 mA vo vyššie uvedenom grafe, I C. sa tiež zmení na 0 mA pre V CB rozsah hodnôt.

Keď vezmeme do úvahy signál striedavého prúdu, v ktorom operačný bod prechádza cez charakteristickú krivku, ac alfa možno napísať ako:

konštanta alfa ac

Existuje niekoľko formálnych názvov ac alpha, ktoré sú: spoločná báza, zosilňovací faktor, skrat. Dôvody týchto mien budú zrejmejšie v nasledujúcich kapitolách pri hodnotení ekvivalentných obvodov BJT.

V tomto bode môžeme zistiť, že Eq 3.7 vyššie potvrdzuje, že relatívne mierna variácia v kolektorovom prúde sa vydelí výslednou zmenou v I JE , zatiaľ čo kolektor-základňa je na konštantnej hodnote.

Vo väčšine prípadov je to množstvo a a a a dc sú takmer rovnaké, čo umožňuje vzájomnú výmenu veličín.

Zosilňovač Common-Base

Akcia základného zosilnenia napätia konfigurácie spoločnej základne.

Predpätie jednosmerného prúdu sa na vyššie uvedenom obrázku nezobrazuje, pretože naším skutočným zámerom je analyzovať iba striedavú odozvu.

Ako sme sa dozvedeli v našich predchádzajúcich príspevkoch týkajúcich sa spoločná základná konfigurácia , vstupný striedavý odpor, ako je znázornené na obrázku 3.7, vyzerá celkom minimálne a obvykle sa mení v rozmedzí 10 a 100 ohmov. Zatiaľ čo v tej istej kapitole sme tiež videli na obrázku 3.8, výstupný odpor v sieti bežnej základne vyzerá výrazne vysoko, čo sa môže typicky líšiť v rozmedzí 50 k až 1 M Ohm.

Tieto rozdiely v hodnotách odporu sú v zásade dané prechodom s predpätím, ktorý sa objavuje na vstupnej strane (medzi základňou a vysielačom), a reverzným predpätím, ktoré sa objavuje na výstupnej strane medzi základňou a kolektorom.

Aplikáciou typickej hodnoty napríklad 20 ohmov (ako je uvedené na obrázku vyššie) pre vstupný odpor a 200 mV pre vstupné napätie môžeme vyhodnotiť úroveň zosilnenia alebo rozsah na výstupnej strane prostredníctvom nasledujúceho vyriešeného príkladu:

Zosilnenie napätia na výstupe teda možno nájsť riešením nasledujúcej rovnice:

Toto je typická hodnota zosilnenia napätia pre akýkoľvek obvod BJT so spoločnou bázou, ktorá by sa mohla pohybovať medzi 50 a 300. Pre takúto sieť je prúdové zosilnenie IC / IE vždy menšie ako 1, pretože IC = alphaIE a alfa je vždy menšie ako 1.

V predbežných experimentoch bola zavedená základná zosilňujúca akcia prostredníctvom a prevod prúdu Ja naprieč nízkou až vysokou odpor obvod.

Vzťah medzi dvoma kurzívami vo vyššie uvedenej vete v skutočnosti viedol k výrazu tranzistor:

trans robiť + znovu sistor = tranzistor.

V ďalšom návode si povieme o zosilňovači Common-Emitter

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




Dvojica: Tranzistor bipolárneho spojenia (BJT) - konštrukčné a prevádzkové podrobnosti Ďalej: Zosilňovač bežného vysielača - charakteristiky, predpätie, vyriešené príklady