Metody polaryzacji tranzystorów

Polaryzacja w obwodach tranzystorowych odbywa się za pomocą dwóch źródeł prądu stałego V _BB i V _CC . Ekonomiczne jest zminimalizowanie źródła prądu stałego do jednego źródła zamiast dwóch, co również upraszcza obwód.

Powszechnie stosowane metody polaryzacji tranzystora to

Metoda rezystora bazowego
Odchylenie kolektora do bazy
Biasing z rezystorem sprzężenia zwrotnego kolektora
Odchylenie dzielnika napięcia

Wszystkie te metody mają tę samą podstawową zasadę uzyskiwania wymaganej wartości I _B i I _C z V _CC w warunkach sygnału zerowego.

Metoda rezystora podstawowego

W tej metodzie rezystor R _B o wysokiej rezystancji jest podłączony do podstawy, jak sama nazwa wskazuje. Wymagany prąd bazy sygnał zerowy zapewnia V _CC , które przepływa przez R _B . Złącze podstawy nadajnika jest spolaryzowane do przodu, ponieważ podstawa jest dodatnia względem emitera.

Wymagana wartość sygnału zerowego prądu bazowego, a tym samym prądu kolektora (jako I _C = βI _B ) można doprowadzić do przepływu poprzez dobranie odpowiedniej wartości rezystora bazowego RB. Stąd wartość R _B ma być znana. Poniższy rysunek pokazuje, jak wygląda metoda polaryzacji obwodu opartego na rezystorze bazowym.

Niech I _C będzie wymaganym prądem kolektora sygnału zerowego. W związku z tym,

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

Biorąc pod uwagę obwód zamknięty z V _CC , bazy, emitera i masy, stosując prawo napięcia Kirchhoffa, otrzymujemy:

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

Lub

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

W związku z tym

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

Ponieważ V _BE jest ogólnie dość małe w porównaniu z V _CC , to pierwsze można pominąć z niewielkim błędem. Następnie,

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

Wiemy, że V _CC jest ustaloną znaną wielkością, a I _B jest wybierane przy odpowiedniej wartości. Ponieważ R _B można znaleźć bezpośrednio, ta metoda nazywa się asfixed bias method.

Współczynnik stabilności

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

W metodzie odchylenia o stałej wartości I _B jest niezależne od I _C, więc

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

Zastępując powyższą wartość w poprzednim równaniu,

Współczynnik stabilności, $ S = \ beta + 1 $

Zatem współczynnik stabilności w stałym odchyleniu wynosi (β + 1), co oznacza, że I _C zmienia się (β + 1) razy więcej niż jakakolwiek zmiana _ICO .

Zalety

Obwód jest prosty.
Wymagany jest tylko jeden rezystor R _E.
Warunki odchylenia można łatwo ustawić.
Brak efektu obciążenia, ponieważ na połączeniu baza-emiter nie ma rezystora.

Niedogodności

Stabilizacja jest słaba, ponieważ nie można zatrzymać rozwoju ciepła.
Współczynnik stabilności jest bardzo wysoki. Zatem istnieje duże prawdopodobieństwo ucieczki termicznej.

Stąd ta metoda jest rzadko stosowana.

Odbiornik do podstawowego odchylenia

Obwód polaryzacji kolektor-podstawa jest taki sam, jak obwód polaryzacji podstawy, z tym wyjątkiem, że rezystor podstawowy R _B powraca do kolektora, a nie do zasilania V _CC, jak pokazano na poniższym rysunku.

Ten obwód pomaga znacznie poprawić stabilność. Jeśli wartość I _C wzrasta, napięcie na R _L rośnie, a zatem V _CE również rośnie. To z kolei zmniejsza bazową prąd I _B . To działanie w pewnym stopniu kompensuje pierwotny wzrost.

Wymaganą wartość R _B potrzebną do uzyskania sygnału zerowego prądu kolektora I _C można obliczyć w następujący sposób.

Spadek napięcia na R _L będzie

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

Z rysunku

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

Lub

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

W związku z tym

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

Lub

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

Stosując KVL mamy

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

Lub

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

W związku z tym

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

Ponieważ V _BE jest prawie niezależne od prądu kolektora, otrzymujemy

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

Wiemy to

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

W związku z tym

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

Wartość ta jest mniejsza niż (1 + β), które uzyskuje się dla obwodu o stałej polaryzacji. W ten sposób następuje poprawa stabilności.

Ten obwód zapewnia ujemne sprzężenie zwrotne, które zmniejsza wzmocnienie wzmacniacza. Tak więc zwiększoną stabilność obwodu polaryzacji kolektora względem bazy uzyskuje się kosztem wzmocnienia napięcia AC.

Biasing z rezystorem sprzężenia zwrotnego kolektora

W tej metodzie rezystor bazowy R _B ma jeden koniec połączony z bazą, a drugi z kolektorem, jak sugeruje jego nazwa. W tym obwodzie prąd bazowy sygnału zerowego jest określany przez V _CB, ale nie przez V _CC .

Jest oczywiste, że V _CB przodu odchyla złącze baza-emiter i tym samym prąd bazowy I _B płynie R _B . Powoduje to przepływ prądu kolektora sygnału zerowego w obwodzie. Poniższy rysunek przedstawia polaryzację z obwodem rezystora sprzężenia zwrotnego kolektora.

Wymaganą wartość R _B potrzebną do uzyskania zerowego prądu sygnału I _C można określić w następujący sposób.

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

Lub

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

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

Ponieważ $ I_C = \ beta I_B $

Alternatywnie,

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

Lub

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

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

Gdzie

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

Matematycznie,

Współczynnik stabilności, $ S <(\ beta + 1) $

Dlatego ta metoda zapewnia lepszą stabilność termiczną niż stałe odchylenie.

Wartości punktu Q dla obwodu są pokazane jako

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

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

Zalety

Obwód jest prosty, ponieważ wymaga tylko jednego rezystora.
Ten obwód zapewnia pewną stabilizację przy mniejszych zmianach.

Niedogodności

Obwód nie zapewnia dobrej stabilizacji.
Obwód zapewnia ujemne sprzężenie zwrotne.

Metoda odchylenia dzielnika napięcia

Spośród wszystkich metod zapewniania odchylenia i stabilizacji, plik voltage divider bias methodjest najważniejszym. Tutaj zastosowane są dwa rezystory R ₁ i R ₂ , które są podłączone do V _CC i zapewniają polaryzację. Rezystor R _E zastosowany w emiterze zapewnia stabilizację.

Nazwa dzielnik napięcia pochodzi od dzielnika napięcia utworzonego przez R ₁ i R ₂ . Spadek napięcia na R _{2 do} przodu polaryzuje połączenie baza-emiter. Powoduje to przepływ prądu bazowego, a tym samym prądu kolektora w warunkach sygnału zerowego. Poniższy rysunek przedstawia obwód metody polaryzacji dzielnika napięcia.

Załóżmy, że prąd płynący przez rezystancję R ₁ wynosi I ₁ . Ponieważ prąd bazowy Ja _B jest bardzo mały, można zatem przyjąć z rozsądną dokładnością, że prąd przepływający przez R ₂ również wynosi I ₁ .

Spróbujmy teraz wyprowadzić wyrażenia określające prąd i napięcie kolektora.

Prąd kolektora, I _C

Z obwodu widać, że

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

Dlatego napięcie na rezystancji R ₂ wynosi

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

Zastosowanie prawa napięcia Kirchhoffa do obwodu podstawowego,

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

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

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

Ponieważ I _E ≈ I _C ,

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

Z powyższego wyrażenia jasno wynika, że I _C nie zależy od β. V _BE jest bardzo małe, tak że I _{C w} ogóle nie podlega wpływowi V _BE . Tak więc I _C w tym obwodzie jest prawie niezależne od parametrów tranzystora, dzięki czemu uzyskuje się dobrą stabilizację.

Napięcie kolektor-emiter, V _CE

Zastosowanie prawa napięcia Kirchhoffa po stronie kolektora,

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

Odkąd Ja _E ≅ Ja _C.

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

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

W związku z tym,

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

R _E zapewnia doskonałą stabilizację w tym obwodzie.

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

Załóżmy, że jest wzrost temperatury, a następnie kolektor prądu I _C, zmniejsza się, co powoduje, że spadek napięcia na R _E wzrasta. Ponieważ spadek napięcia na R ₂ wynosi V ₂ , co jest niezależne od I _C , wartość V _BE maleje. Zmniejszona wartość I _B ma tendencję do przywracania I _C do pierwotnej wartości.