Transistorvorspannung
Vorspannung ist der Prozess der Bereitstellung von Gleichspannung, die das Funktionieren der Schaltung unterstützt. Ein Transistor basiert darauf, dass der Emitter-Basisübergang in Vorwärtsrichtung vorgespannt und der Kollektor-Basisübergang in Rückwärtsrichtung vorgespannt wird, so dass er im aktiven Bereich bleibt, um als Verstärker zu arbeiten.
Im vorherigen Kapitel haben wir erklärt, wie ein Transistor als guter Verstärker fungiert, wenn sowohl der Eingangs- als auch der Ausgangsabschnitt vorgespannt sind.
Transistorvorspannung
Der ordnungsgemäße Fluss des Nullsignalkollektorstroms und die Aufrechterhaltung der richtigen Kollektoremitterspannung während des Signaldurchgangs ist bekannt als Transistor Biasing. Die Schaltung, die eine Transistorvorspannung bereitstellt, wird als bezeichnetBiasing Circuit.
Notwendigkeit einer DC-Vorspannung
Wenn am Eingang von BJT ein Signal mit sehr kleiner Spannung anliegt, kann es nicht verstärkt werden. Denn für ein BJT müssen zwei Bedingungen erfüllt sein, um ein Signal zu verstärken.
Die Eingangsspannung sollte überschreiten cut-in voltage für den Transistor zu sein ON.
Der BJT sollte in der sein active region, betrieben werden als amplifier.
Wenn geeignete Gleichspannungen und -ströme durch externe Quellen über BJT abgegeben werden, so dass BJT im aktiven Bereich arbeitet und die zu verstärkenden Wechselstromsignale überlagert, kann dieses Problem vermieden werden. Die gegebene Gleichspannung und die gegebenen Gleichströme werden so gewählt, dass der Transistor während des gesamten Eingangswechselzyklus im aktiven Bereich bleibt. Daher ist eine Gleichstromvorspannung erforderlich.
Die folgende Abbildung zeigt einen Transistorverstärker, der sowohl an den Eingangs- als auch an den Ausgangsschaltungen mit Gleichstromvorspannung versehen ist.
Damit ein Transistor als originalgetreuer Verstärker betrieben werden kann, sollte der Arbeitspunkt stabilisiert werden. Lassen Sie uns einen Blick auf die Faktoren werfen, die die Stabilisierung des Betriebspunkts beeinflussen.
Faktoren, die den Betriebspunkt beeinflussen
Der Hauptfaktor, der den Betriebspunkt beeinflusst, ist die Temperatur. Der Betriebspunkt verschiebt sich aufgrund von Temperaturänderungen.
Mit steigender Temperatur werden die Werte von I CE , β, V BE beeinflusst.
- I CBO wird verdoppelt (für jede 10 o Erhöhung)
- V BE nimmt um 2,5 mV ab (für jeden Anstieg von 1 o )
Das Hauptproblem, das den Betriebspunkt beeinflusst, ist also die Temperatur. Daher sollte der Betriebspunkt von der Temperatur unabhängig gemacht werden, um Stabilität zu erreichen. Um dies zu erreichen, werden Vorspannungsschaltungen eingeführt.
Stabilisierung
Der Prozess, den Betriebspunkt unabhängig von Temperaturänderungen oder Variationen der Transistorparameter zu machen, ist bekannt als Stabilization.
Sobald die Stabilisierung erreicht ist, werden die Werte von I C und V CE unabhängig von Temperaturschwankungen oder dem Austausch des Transistors. Eine gute Vorspannungsschaltung hilft bei der Stabilisierung des Betriebspunkts.
Notwendigkeit einer Stabilisierung
Die Stabilisierung des Betriebspunktes muss aus folgenden Gründen erreicht werden.
- Temperaturabhängigkeit von I C.
- Individuelle Variationen
- Thermisches Durchgehen
Lassen Sie uns diese Konzepte im Detail verstehen.
Temperaturabhängigkeit von I C.
Wie der Ausdruck für I Kollektorstrom C ist
$$ I_C = \ beta I_B + I_ {CEO} $$
$$ = \ beta I_B + (\ beta + 1) I_ {CBO} $$
Der Kollektorleckstrom I CBO wird stark von Temperaturschwankungen beeinflusst. Um dies zu erreichen, werden die Vorspannungsbedingungen so eingestellt, dass der Nullsignalkollektorstrom I C = 1 mA ist. Daher muss der Betriebspunkt stabilisiert werden, dh es ist notwendig, I C konstant zu halten .
Individuelle Variationen
Da der Wert von β und der Wert von V BE nicht für jeden Transistor gleich sind, neigt der Betriebspunkt dazu, sich zu ändern, wenn ein Transistor ersetzt wird. Daher ist es notwendig, den Arbeitspunkt zu stabilisieren.
Thermal Runaway
Wie der Ausdruck für I Kollektorstrom C ist
$$ I_C = \ beta I_B + I_ {CEO} $$
$$ = \ beta I_B + (\ beta + 1) I_ {CBO} $$
Der Fluss des Kollektorstroms und auch der Kollektorleckstrom verursachen eine Wärmeableitung. Wenn der Betriebspunkt nicht stabilisiert ist, tritt ein kumulativer Effekt auf, der diese Wärmeableitung erhöht.
Die Selbstzerstörung eines solchen instabilisierten Transistors ist bekannt als Thermal run away.
Um zu vermeiden thermal runawayund die Zerstörung des Transistors ist es notwendig, den Arbeitspunkt zu stabilisieren, dh I C konstant zu halten .
Stabilitätsfaktor
Es versteht sich, dass I C trotz Variationen von I CBO oder I CO konstant gehalten werden sollte . Inwieweit eine Vorspannungsschaltung dies erfolgreich aufrechterhält, wird gemessen anStability factor. Es bezeichnet mitS.
Per Definition wird die Änderungsrate des Kollektorstroms I C in Bezug auf den Kollektorleckstrom I CO bei konstantem β und I B genanntStability factor.
$ S = \ frac {d I_C} {d I_ {CO}} $ bei konstanten I B und β
Daher können wir verstehen, dass jede Änderung des Kollektorleckstroms den Kollektorstrom in hohem Maße verändert. Der Stabilitätsfaktor sollte so niedrig wie möglich sein, damit der Kollektorstrom nicht beeinträchtigt wird. S = 1 ist der ideale Wert.
Der allgemeine Ausdruck des Stabilitätsfaktors für eine CE-Konfiguration kann wie folgt erhalten werden.
$$ I_C = \ beta I_B + (\ beta + 1) I_ {CO} $$
Wenn wir den obigen Ausdruck in Bezug auf I C unterscheiden , erhalten wir
$$ 1 = \ beta \ frac {d I_B} {d I_C} + (\ beta + 1) \ frac {d I_ {CO}} {dI_C} $$
Oder
$$ 1 = \ beta \ frac {d I_B} {d I_C} + \ frac {(\ beta + 1)} {S} $$
Da $ \ frac {d I_ {CO}} {d I_C} = \ frac {1} {S} $
Oder
$$ S = \ frac {\ beta + 1} {1 - \ beta \ left (\ frac {d I_B} {d I_C} \ right)} $$
Daher hängt der Stabilitätsfaktor S von β, I B und I C ab .