Predpätie deliča napätia v obvodoch BJT - vyššia stabilita bez beta faktora

Predpätie bipolárnych tranzistorov pomocou vypočítanej siete odporového deliča na zabezpečenie optimálneho výkonu a odozvy spínania sa nazýva predpätie deliča napätia.

V predchádzajúce návrhy zaujatosti že sme sa dozvedeli predpätý prúd I CQ a napätie V CEQ boli funkciou súčasného zisku (β) BJT.

Ale keďže vieme, že β môže byť náchylný na zmeny teploty, najmä pre kremíkové tranzistory, a tiež skutočná hodnota beta nie je často správne identifikovaná, mohlo by byť vhodné vyvinúť v obvode BJT predpätie deliča napätia, ktoré môže byť menšie náchylný na teploty alebo jednoducho nezávislý od samotnej verzie BJT beta.

Usporiadanie predpätia deliča napätia na obrázku 4.25 možno považovať za jeden z týchto návrhov.

Pri vyšetrení pomocou presný základ náchylnosť na zmeny v beta verzii vyzerá skutočne skromne. Ak sú premenné obvodu vhodne vypracované, úrovne I CQ a V CEQ môže byť prakticky úplne nezávislý od verzie beta.

Pamätajte z predchádzajúcich vysvetlení, že Q-bod je charakterizovaný pevnou úrovňou ICQ a VCEQ, ako je to znázornené na obrázku 4.26.

Stupeň I BQ sa môže meniť v závislosti od variácií v beta verzii, ale prevádzkový bod okolo charakteristík identifikovaných I CQ a V CEQ môžu ľahko zostať nezmenené, ak sa použijú príslušné smernice pre obvody.

Ako už bolo spomenuté vyššie, nájdete niekoľko prístupov, ktoré je možné použiť na preskúmanie nastavenia rozdeľovača napätia.

Dôvod výberu konkrétnych mien pre tento okruh bude zrejmý počas našej analýzy a bude sa o ňom diskutovať v budúcich príspevkoch.

Úplne prvý je presná technika ktoré je možné vykonať v akomkoľvek nastavení rozdeľovača napätia.

Druhá sa nazýva približná metóda, a jeho implementácia sa stane uskutočniteľnou, keď budú splnené určité faktory. The približný prístup umožňuje oveľa priamejšiu analýzu s minimálnym úsilím a časom.

To môže byť navyše veľmi užitočné pre „režim návrhu“, o ktorom si povieme v ďalších častiach.
Celkovo, pretože „približný prístup“ sa dalo pracovať s väčšinou podmienok, a preto sa musia hodnotiť s rovnakou úrovňou pozornosti ako „presná metóda“.

Presná analýza

Naučme sa, ako metóda presná analýza možno implementovať s nasledujúcim vysvetlením

S odkazom na nasledujúci obrázok je možné reprodukovať vstupnú stranu siete, ako je to znázornené na obrázku 4.27 pre dc analýzu.

The Théveninov ekvivalent sieť pre návrh na ľavej strane základne BJT B potom možno určiť spôsobom, ako je znázornené nižšie:

RTh : Vstupné napájacie body sú nahradené ekvivalentným skratom, ako je to znázornené na obrázku 4.28 nižšie.

ETh: Zdroj napájacieho napätia V DC sa aplikuje späť do obvodu a napätie Thévenin v otvorenom obvode, ako je uvedené na obrázku 4.29 nižšie, sa vyhodnotí takto:

Implementáciou pravidla deliča napätia sa dostaneme k nasledujúcej rovnici:

Ďalej vytvorením dizajnu Thévenin, ako je znázornené na obr. 4.30, hodnotíme I BQ najskôr uplatnením Kirchhoffovho zákona o napätí v smere hodinových ručičiek pre slučku:

ETh - IBRTh - VBE - IERE = 0

Ako vieme IE = (β + 1) B Nahradením vo vyššie uvedenej slučke a riešením pre I B dáva:

Rovnica. 4.30

Na prvý pohľad môžete cítiť Rov. (4.30) vyzerá dosť odlišne od ostatných doteraz vyvinutých rovníc, bližší pohľad však ukáže, že čitateľ je iba rozdielom dvoch voltových úrovní, zatiaľ čo menovateľ je výsledkom odporu báza + odpor emitora, čo sa odráža od (β + 1) a je nepochybne veľmi podobný ekv. (4,17) ( Slučka základného vysielača )

Len čo sa IB vypočíta pomocou vyššie uvedenej rovnice, zvyšok veľkosti v dizajne bolo možné identifikovať rovnakou metódou, ako sme to urobili pre sieť emitor-bias, ako je uvedené nižšie:

Rovnica (4,31)

Riešenie praktického príkladu (4.7)
Vypočítajte jednosmerné predpätie V TOTO a súčasný I C. v nižšie zobrazenej sieti deliča napätia Obr. 4.31

Obrázok 4.31 Beta-stabilizovaný obvod pre príklad 4.7.

Približná analýza

Vo vyššie uvedenej časti sme sa naučili „presnú metódu“, tu si povieme „približnú metódu“ analýzy rozdeľovača napätia obvodu BJT.

Môžeme nakresliť vstupný stupeň siete s deličom napätia na báze BJT, ako je to znázornené na obrázku 4.32 nižšie.

Odpor Ri sa môže považovať za ekvivalent odporu medzi základnou a zemnou linkou obvodu a RE ako odpor medzi vysielačom a zemou.

Z našich predchádzajúcich diskusií [Rov. (4.18)] vieme, že odpor reprodukovaný alebo odrážaný medzi bázou / vysielačom BJT je vysvetlený rovnicou Ri = (β + 1) RE.

Ak vezmeme do úvahy situáciu, že Ri je podstatne väčší ako odpor R2, bude mať za následok IB relatívne menší ako I2 (pamätajte, že prúd sa vždy snaží nájsť a presunúť do smeru minimálneho odporu), a teda I2 sa otočí približne rovnako ako I1.

Ak sa vezme do úvahy, že približná hodnota IB je v podstate nulová vo vzťahu k I1 alebo I2, potom I1 = I2 a R1 a R2 by sa mohli považovať za sériové prvky.

Obrázok 4.32 Obvod s čiastočným skreslením na výpočet približného základného napätia V B .

Napätie na R2, ktoré by pôvodne predstavovalo základné napätie, je možné vyhodnotiť tak, ako je to znázornené nižšie, použitím siete pravidiel deliča napätia:

Teraz už od Ri = (β + 1) RE ≅ b RE, o podmienke, ktorá potvrdzuje, či je vykonanie približnej metódy uskutočniteľné alebo nie, rozhoduje rovnica:

Jednoducho povedané, ak hodnota RE krát hodnotu β, nebude menej ako 10-násobok hodnoty R2, potom môže byť dovolené implementovať približnú analýzu s optimálnou presnosťou

Po vyhodnotení VB možno veľkosť VE určiť pomocou rovnice:

zatiaľ čo prúd emitora je možné vypočítať pomocou vzorca:

Napätie z kolektora do emitora možno určiť pomocou nasledujúceho vzorca:

VCE = VCC - ICRC - IERE

Avšak odvtedy IE ≅ IC, dospejeme k nasledujúcej rovnici:

Je potrebné poznamenať, že v sérii výpočtov, ktoré sme vykonali z rovnice. (4,33) cez Rov. (4.37) ,, prvok β nie je nikde prítomný a IB nebol vypočítaný.

To znamená, že Q-bod (stanovený I. CQ a V CEQ ) vo výsledku nezávisí od hodnoty β
Praktický príklad (4.8):

Aplikujme analýzu na našu predchádzajúcu Obrázok 4.31 pomocou približného prístupu a porovnajte riešenia pre ICQ a VCEQ.

Tu pozorujeme, že úroveň VB je identická s úrovňou ETh, ako sme hodnotili v predchádzajúcom príklade 4.7. To v podstate znamená, že rozdiel medzi približnou a presnou analýzou ovplyvňuje RTh, ktorý je zodpovedný za oddelenie ETh a VB v presnej analýze.

Dopredu,

Ďalší príklad 4.9

Poďme vykonať presnú analýzu z príkladu 4.7, ak je β znížená na 70, a zistime rozdiel medzi riešeniami pre ICQ a VCEQ.

Riešenie
Tento príklad nemožno brať ako porovnanie presných a približných stratégií iba na testovanie stupňa, v ktorom sa môže pohybovať Q-bod v prípade, že sa veľkosť β zníži o 50%. RTh a ETh sa uvádzajú rovnako:

Zoraďovanie výsledkov do tabuľky nám dáva nasledujúce:

Z vyššie uvedenej tabuľky môžeme zreteľne zistiť, že obvod relatívne nereaguje na zmenu hladín β. Napriek skutočnosti, že veľkosť β bola významne znížená o 50%, z hodnoty 140 na 70, aj keď hodnoty ICQ a VCEQ sú v zásade rovnaké.

Ďalší príklad 4.10

Vyhodnoťte úrovne I CQ a V CEQ pre sieť deliča napätia, ako je znázornené na obr. 4.33, použitím presne a približný prístupy a porovnať výsledné riešenia.

V tomto scenári budú podmienky uvedené v rov. (4.33) nemusí byť spokojný, avšak odpovede nám môžu pomôcť zistiť rozdiel v riešení s podmienkami rovnice. (4.33) sa neberie do úvahy.
Obrázok 4.33 Delič napätia sieť pre príklad 4.10.

Riešenie pomocou presnej analýzy:

Riešenie pomocou približnej analýzy:


Z vyššie uvedených hodnotení vidíme rozdiel medzi výsledkami dosiahnutými pri presných a približných metódach.

Výsledky ukazujú, že som CQ je približne o 30% vyššia pre približnú metódu, zatiaľ čo V CEQ je o 10% nižšia. Aj keď výsledky nie sú celkom identické, ak vezmeme do úvahy skutočnosť, že βRE je iba 3-krát väčší ako R2, výsledky tiež nie sú v skutočnosti príliš ďaleko od seba.

Povedali sme, že pre našu budúcu analýzu sa budeme hlavne spoliehať na ekv. (4.33) na zabezpečenie maximálnej podobnosti medzi týmito dvoma analýzami.