トランジスタバイアスの方法

トランジスタ回路のバイアスは、2つのDCソースVBBVCCを使用して行われます。DC電源を2つではなく1つの電源に最小化することは経済的であり、これにより回路も単純になります。

トランジスタバイアスの一般的に使用される方法は次のとおりです。

  • ベース抵抗法
  • コレクタからベースへのバイアス
  • コレクタフィードバック抵抗によるバイアス
  • 分圧器バイアス

これらの方法の全ては、Iの必要な値取得の同じ基本原理有するB及びI C VとからCCゼロ信号状態です。

ベース抵抗法

この方法では、抵抗R B名前が示すように、高抵抗のは、ベースに接続されています。必要ゼロ信号ベース電流はVによって提供されているCC Rを流れるB。ベースはエミッタに対して正であるため、ベースエミッタ接合は順方向にバイアスされます。

ゼロ信号ベース電流及び(Iとしてしたがって、コレクタ電流の要求値C =βI Bは)ベース抵抗RBの適切な値を選択することにより流すことができます。従ってRの値Bが知られるようになります。下の図は、バイアス回路のベース抵抗方式がどのように見えるかを示しています。

レッツI Cは、必要なゼロ信号のコレクタ電流も。したがって、

$$ I_B = \ frac {I_C} {\ beta} $$

キルヒホッフの電圧法則を適用しながら、V CC、ベース、エミッター、およびグランドからの閉回路を考慮すると、次のようになります。

$$ V_ {CC} = I_B R_B + V_ {BE} $$

または

$$ I_B R_B = V_ {CC} -V_ {BE} $$

したがって、

$$ R_B = \ frac {V_ {CC} -V_ {BE}} {I_B} $$

Vの以来BEは、一般的にVに比べて非常に小さいCC、前者は少しの誤差で無視することができます。次に、

$$ R_B = \ frac {V_ {CC}} {I_B} $$

我々は、Vの知っているCCが固定既知量であり、I Bは、いくつかの適切な値に選択されます。R Bは直接見つけることができるため、このメソッドは次のように呼ばれます。fixed bias method

安定係数

$$ S = \ frac {\ beta + 1} {1- \ beta \ left(\ frac {d I_B} {d I_C} \ right)} $$

バイアスの固定バイアス方式では、I BはIから独立しているCように、

$$ \ frac {d I_B} {d I_C} = 0 $$

上記の値を前の式に代入すると、

安定係数、$ S = \ beta + 1 $

したがって、固定バイアスの安定係数は、(β+ 1)Iという意味であり、CはIの変化限り(β+ 1)回変化CO

利点

  • 回路はシンプルです。
  • 必要な抵抗REは1つだけです。
  • バイアス条件は簡単に設定できます。
  • ベース-エミッタ接合に抵抗がないため、負荷の影響はありません。

短所

  • 発熱を止めることができないため、安定性が悪い。

  • 安定係数は非常に高いです。そのため、熱暴走の可能性が高くなります。

したがって、この方法が採用されることはめったにありません。

ベースバイアスへのコレクター

ベースバイアス回路にコレクタがベース抵抗Rことを除いて、ベースバイアス回路と同じであるBはむしろVのに比べて、集電体に戻されるCCの下図に示すように電源。

この回路は、安定性を大幅に向上させるのに役立ちます。I Cの値が増加すると、R Lの両端の電圧が増加するため、VCEも増加します。これは、順番にベース電流I減らしBを。このアクションは、元の増加をいくらか補正します。

Rの要求値Bは、 Iゼロ信号コレクタ電流を与えるために必要なCを以下のように計算することができます。

R両端の電圧降下Lはなります

$$ R_L =(I_C + I_B)R_L \ cong I_C R_L $$

図から、

$$ I_C R_L + I_B R_B + V_ {BE} = V_ {CC} $$

または

$$ I_B R_B = V_ {CC} -V_ {BE} -I_C R_L $$

したがって、

$$ R_B = \ frac {V_ {CC} -V_ {BE} -I_C R_L} {I_B} $$

または

$$ R_B = \ frac {(V_ {CC} -V_ {BE} -I_C R_L)\ beta} {I_C} $$

KVLを適用する

$$(I_B + I_C)R_L + I_B R_B + V_ {BE} = V_ {CC} $$

または

$$ I_B(R_L + R_B)+ I_C R_L + V_ {BE} = V_ {CC} $$

したがって、

$$ I_B = \ frac {V_ {CC} -V_ {BE} -I_C R_L} {R_L + R_B} $$

V BEはコレクタ電流にほとんど依存しないため、次のようになります。

$$ \ frac {d I_B} {d I_C} =-\ frac {R_L} {R_L + R_B} $$

私達はことを知っています

$$ S = \ frac {1 + \ beta} {1- \ beta(d I_B / d I_C)} $$

したがって、

$$ S = \ frac {1 + \ beta} {1 + \ beta \ left(\ frac {R_L} {R_L + R_B} \ right)} $$

この値は、固定バイアス回路で得られる(1 +β)よりも小さくなります。したがって、安定性が向上します。

この回路は、アンプのゲインを下げる負帰還を提供します。したがって、AC電圧ゲインを犠牲にして、ベースバイアス回路に対するコレクタの安定性が向上します。

コレクタフィードバック抵抗によるバイアス

この方法では、ベース抵抗R Bの一端がベースに接続され、他端がコレクタに接続されています。この回路では、ゼロ信号ベース電流はVによって決定されるCBはなくVによってCC

これは、Vことは明らかであるCB順方向バイアスベース・エミッタ接合、従ってベース電流I Bは、 Rを流れるB。これにより、ゼロ信号コレクタ電流が回路に流れます。下の図は、コレクタフィードバック抵抗回路によるバイアスを示しています。

Rの要求値Bは、電流Iがゼロ信号を与えるために必要なCは、以下のように決定することができます。

$$ V_ {CC} = I_C R_C + I_B R_B + V_ {BE} $$

または

$$ R_B = \ frac {V_ {CC} -V_ {BE} -I_C R_C} {I_B} $$

$$ = \ frac {V_ {CC} -V_ {BE}-\ beta I_B R_C} {I_B} $$

$ I_C = \ beta I_B $なので

または、

$$ V_ {CE} = V_ {BE} + V_ {CB} $$

または

$$ V_ {CB} = V_ {CE} -V_ {BE} $$

以来

$$ R_B = \ frac {V_ {CB}} {I_B} = \ frac {V_ {CE} -V_ {BE}} {I_B} $$

どこ

$$ I_B = \ frac {I_C} {\ beta} $$

数学的には、

安定係数、$ S <(\ beta + 1)$

したがって、この方法は固定バイアスよりも優れた熱安定性を提供します。

回路のQポイント値は次のように表示されます。

$$ I_C = \ frac {V_ {CC} -V_ {BE}} {R_B / \ beta + R_C} $$

$$ V_ {CE} = V_ {CC} -I_C R_C $$

利点

  • 必要な抵抗は1つだけなので、回路は単純です。
  • この回路は、変化を少なくするために、ある程度の安定化を提供します。

短所

  • 回路は良好な安定化を提供しません。
  • 回路は負帰還を提供します。

分圧器バイアス法

バイアスと安定化を提供するすべての方法の中で、 voltage divider bias method最も目立つものです。ここでは、2個の抵抗R 1とR 2 Vに接続され、採用されているCCおよび付勢提供します。抵抗R Eエミッタにおいて使用は、安定化を提供します。

名前分圧器は、Rによって形成される分圧器から来る1及びR 2。R 2の両端の電圧降下は、ベース-エミッタ接合にバイアスをかけます。これにより、ベース電流が発生し、ゼロ信号状態でコレクタ電流が流れます。下図に分圧バイアス方式の回路を示します。

抵抗Rを流れる電流と仮定1がIである1。ベース電流IとしてBが非常に小さく、従って、Rに流れる電流が妥当な精度と仮定することができる2はまた、Iである1

ここで、コレクタ電流とコレクタ電圧の式を導き出してみましょう。

コレクタ電流、I C

回路から、次のことが明らかです。

$$ I_1 = \ frac {V_ {CC}} {R_1 + R_2} $$

したがって、抵抗Rの両端の電圧は2であります

$$ V_2 = \ left(\ frac {V_ {CC}} {R_1 + R_2} \ right)R_2 $$

キルヒホッフの電圧法則をベース回路に適用し、

$$ V_2 = V_ {BE} + V_E $$

$$ V_2 = V_ {BE} + I_E R_E $$

$$ I_E = \ frac {V_2-V_ {BE}} {R_E} $$

I以来E ≈I C

$$ I_C = \ frac {V_2-V_ {BE}} {R_E} $$

上記の式から、私が明らかであるCはβに依存しません。VのBEは、 Iという非常に小さいCは、 Vの影響を受けませんBEすべてで。したがって、この回路のI Cはトランジスタのパラメータにほとんど依存しないため、良好な安定化が達成されます。

コレクタ-エミッタ間電圧、V CE

キルヒホッフの電圧法則をコレクター側に適用し、

$$ V_ {CC} = I_C R_C + V_ {CE} + I_E R_E $$

I以来E ≅I C

$$ = I_C R_C + V_ {CE} + I_C R_E $$

$$ = I_C(R_C + R_E)+ V_ {CE} $$

したがって、

$$ V_ {CE} = V_ {CC} -I_C(R_C + R_E)$$

R Eは、この回路で優れた安定性を提供します。

$$ V_2 = V_ {BE} + I_C R_E $$

次いで、コレクタ電流I、温度上昇があるとCがRの両端の電圧降下が原因となる、減少E増加します。Rの両端の電圧降下として2がVである2 Iから独立している、C、Vの値BEが減少します。Iの減少値Bは、 I復元する傾向Cを元の値に。

安定係数

の方程式 Stability factor この回路の

安定係数= $ S = \ frac {(\ beta + 1)(R_0 + R_3)} {R_0 + R_E + \ beta R_E} $

$$ =(\ beta + 1)\ times \ frac {1 + \ frac {R_0} {R_E}} {\ beta + 1 + \ frac {R_0} {R_E}} $$

どこ

$$ R_0 = \ frac {R_1 R_2} {R_1 + R_2} $$

比R場合0 / R Eは非常に小さく、その後、R0 / REは1に比べて無視することができ、スタビリティファクタとなります

安定係数= $ S =(\ beta + 1)\ times \ frac {1} {\ beta + 1} = 1 $

これはSの可能な最小値であり、可能な最大の熱安定性につながります。