트랜지스터 바이어스 방법

트랜지스터 회로의 바이어 싱은 두 개의 DC 소스 V _BB 및 V _CC 를 사용하여 수행됩니다 . DC 소스를 두 개가 아닌 하나의 전원으로 최소화하는 것이 경제적이므로 회로도 간단합니다.

일반적으로 사용되는 트랜지스터 바이어스 방법은 다음과 같습니다.

베이스 저항 방식
Collector to Base bias
콜렉터 피드백 저항으로 바이어 싱
전압 분배기 바이어스

이 모든 방법은 제로 신호 조건 에서 V _CC 에서 I _B 및 I _C 의 필요한 값을 얻는 동일한 기본 원리를 가지고 있습니다.

베이스 저항 방식

이 방법에서는 이름에서 알 수 있듯이 저항이 높은 저항 R _B 가베 이스에 연결됩니다. 필요한 제로 신호베이스 전류는 R _B를 통해 흐르는 V _CC 에 의해 제공됩니다 . 베이스가 에미 터에 대해 양수이므로베이스 이미 터 접합은 순방향 바이어스입니다.

제로 신호베이스 전류 (I 등 때문에 콜렉터 전류 요구치 _C = βI _B가 )베이스 저항 RB의 적절한 값을 선택하여 흐르게 할 수있다. 따라서 R _B 의 값을 알 수 있습니다. 아래 그림은 바이어스 회로의 기본 저항 방법이 어떻게 생겼는지 보여줍니다.

I _C를 필요한 제로 신호 콜렉터 전류 라고합시다 . 따라서,

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

V _CC , base, emitter 및 ground 의 폐쇄 회로를 고려할 때 Kirchhoff의 전압 법칙을 적용하면 다음과 같은 결과가 나타납니다.

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

또는

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

따라서

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

V _BE 는 일반적으로 V _CC에 비해 매우 작기 때문에 전자는 거의 오류없이 무시할 수 있습니다. 그때,

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

우리는 V _CC 가 고정 된 알려진 양이고 I _B 가 적절한 값으로 선택 된다는 것을 알고 있습니다. R _B 를 직접 찾을 수 있으므로이 메서드는 다음과 같이 호출됩니다.fixed bias method.

안정성 요인

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

고정 바이어스 바이어스 방법에서 I _B 는 I _C와 독립적 이므로

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

앞의 방정식에서 위의 값을 대체하면,

안정성 계수, $ S = \ beta + 1 $

따라서 고정 바이어스의 안정성 계수는 (β + 1)입니다. 즉, I _C 가 I _CO의 변화보다 (β + 1) 배 더 많이 변한다 는 것을 의미합니다 .

장점

회로는 간단합니다.
저항 R _E 는 하나만 필요합니다.
바이어스 조건은 쉽게 설정됩니다.
베이스-이미 터 접합부에 저항이 없으므로 부하 효과가 없습니다.

단점

열 발생을 멈출 수 없기 때문에 안정화가 좋지 않습니다.
안정성 계수가 매우 높습니다. 따라서 열이 사라질 가능성이 높습니다.

따라서이 방법은 거의 사용되지 않습니다.

컬렉터-베이스 바이어스

컬렉터 대베이스 바이어스 회로는베이스 저항 R _B 가 아래 그림과 같이 V _CC 전원이 아닌 콜렉터로 반환 된다는 점을 제외하면베이스 바이어스 회로와 동일 합니다.

이 회로는 안정성을 상당히 향상시키는 데 도움이됩니다. 만약 I의 값 _C를 증가함에 따라, 전체 R의 전압 _L의 증가 및 따라서 V _CE 또한 증가한다. 이것은 차례로베이스 전류 I _B를 감소시킵니다 . 이 작업은 원래 증가를 다소 보완합니다.

제로 신호 콜렉터 전류 I _C 를 제공하는 데 필요한 R _B 의 필요한 값은 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

_RL 양단의 전압 강하 는

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

그림에서,

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

또는

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

따라서

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

또는

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

KVL 적용

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

또는

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

따라서

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

V _BE 는 콜렉터 전류와 거의 독립적 이므로

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

우리는 알고 있습니다

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

따라서

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

이 값은 고정 바이어스 회로에서 얻은 (1 + β)보다 작습니다. 따라서 안정성이 향상됩니다.

이 회로는 증폭기의 이득을 감소시키는 네거티브 피드백을 제공합니다. 따라서베이스 바이어스 회로에 대한 콜렉터의 증가 된 안정성은 AC 전압 이득의 대가로 얻어집니다.

콜렉터 피드백 저항으로 바이어 싱

이 방법에서베이스 저항 R _B 는 이름에서 알 수 있듯이 한쪽 끝이베이스에 연결되고 다른 쪽 끝이 컬렉터에 연결됩니다. 이 회로에서 제로 신호베이스 전류는 V _CC가 아닌 V _CB에 의해 결정됩니다 .

V _CB 가베이스-이미 터 접합을 순방향 바이어스하므로베이스 전류 I _B 가 R _B를 통해 흐릅니다 . 이로 인해 제로 신호 콜렉터 전류가 회로에 흐릅니다. 아래 그림은 컬렉터 피드백 저항 회로를 사용한 바이어스를 보여줍니다.

제로 신호 전류 I _C 를 제공하는 데 필요한 R _B 의 필요한 값은 다음과 같이 결정될 수 있습니다.

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

또는

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

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

$ I_C = \ beta I_B $ 이후

또는

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

또는

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

이후

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

어디

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

수학적으로

안정성 계수, $ S <(\ beta + 1) $

따라서이 방법은 고정 바이어스보다 더 나은 열 안정성을 제공합니다.

회로의 Q 포인트 값은 다음과 같이 표시됩니다.

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

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

장점

저항이 하나만 필요하므로 회로가 간단합니다.
이 회로는 적은 변화를 위해 약간의 안정화를 제공합니다.

단점

회로는 좋은 안정화를 제공하지 않습니다.
회로는 부정적인 피드백을 제공합니다.

전압 분배기 바이어스 방법

바이어스 및 안정화를 제공하는 모든 방법 중에서 voltage divider bias method가장 눈에 띄는 것입니다. 여기서는 V _CC에 연결되어 바이어스를 제공하는 두 개의 저항 R ₁ 및 R ₂ 가 사용 됩니다. 이미 터에 사용 된 저항 R _E 는 안정화를 제공합니다.

전압 분배기라는 이름은 R ₁ 과 R _2로 구성된 전압 분배기에서 유래되었습니다 . R ₂ 순방향 전압 강 하는베이스 이미 터 접합을 바이어스합니다. 이것은 제로 신호 조건에서베이스 전류와 콜렉터 전류 흐름을 유발합니다. 아래 그림은 전압 분배기 바이어스 방식의 회로를 보여줍니다.

저항 R _1을 통해 흐르는 전류 가 I ₁ 이라고 가정합니다 . 베이스 전류 I _B 는 매우 작기 때문에 R _2를 통해 흐르는 전류 도 I ₁ 이라고 합리적으로 정확하게 가정 할 수 있습니다 .

이제 콜렉터 전류와 콜렉터 전압에 대한 식을 유도 해 보겠습니다.

콜렉터 전류, I _C

회로에서 보면,

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

따라서 저항 R ₂ 양단의 전압 은

$$ V_2 = \ 왼쪽 (\ frac {V_ {CC}} {R_1 + R_2} \ 오른쪽) R_2 $$

Kirchhoff의 전압 법칙을베이스 회로에 적용하면,

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

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

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

I _E ≈ I _C 이므로

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

위의 식에서 I _C 가 β에 의존하지 않는 것이 분명합니다 . V _BE 는 I _C 가 V _BE의 영향을받지 않는 매우 작 습니다. 따라서이 회로의 I _C 는 트랜지스터 매개 변수와 거의 독립적이므로 우수한 안정화가 달성됩니다.

콜렉터-이미 터 전압, V _CE

Kirchhoff의 전압 법칙을 콜렉터 측에 적용하면,

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

I _E ≅ I _C 이후

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

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

따라서,

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

R _E는 이 회로에서 우수한 안정성을 제공한다.

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

온도가 상승하면 콜렉터 전류 I _C가 감소하여 R _E 양단의 전압 강하 가 증가한다고 가정 합니다. R ₂ 양단의 전압 강하 는 I _C 와 무관 한 V ₂ 이므로 V _BE 값은 감소합니다. I _B 의 감소 된 값은 I _C 를 원래 값 으로 복원하는 경향이 있습니다.