Polaryzacja tranzystora
Biasing to proces dostarczania napięcia stałego, które pomaga w funkcjonowaniu obwodu. Tranzystor jest tak zbudowany, aby złącze bazy emitera było spolaryzowane do przodu, a złącze bazy kolektora do tyłu, tak aby pozostawał w aktywnym regionie, aby działał jako wzmacniacz.
W poprzednim rozdziale wyjaśniliśmy, jak tranzystor działa jako dobry wzmacniacz, jeśli zarówno sekcja wejściowa, jak i wyjściowa są spolaryzowane.
Polaryzacja tranzystora
Prawidłowy przepływ prądu kolektora sygnału zerowego i utrzymanie odpowiedniego napięcia kolektora podczas przejścia sygnału jest znane jako Transistor Biasing. Obwód zapewniający polaryzację tranzystora nazywa sięBiasing Circuit.
Potrzeba odchylenia DC
Jeśli na wejście BJT zostanie podany sygnał o bardzo małym napięciu, nie można go wzmocnić. Ponieważ w przypadku BJT, aby wzmocnić sygnał, muszą być spełnione dwa warunki.
Napięcie wejściowe powinno przekroczyć cut-in voltage na tranzystor ON.
BJT powinien znajdować się w active region, który ma być obsługiwany jako amplifier.
Jeśli odpowiednie napięcia i prądy DC są podawane przez BJT ze źródeł zewnętrznych, tak że BJT działa w obszarze aktywnym i nakłada sygnały AC, które mają być wzmocnione, można uniknąć tego problemu. Podane napięcie i prądy DC są tak dobrane, aby tranzystor pozostawał w aktywnym obszarze przez cały cykl wejściowy AC. Dlatego potrzebne jest odchylenie DC.
Poniższy rysunek przedstawia wzmacniacz tranzystorowy, który jest wyposażony w polaryzację DC zarówno w obwodzie wejściowym, jak i wyjściowym.
Aby tranzystor działał jako wierny wzmacniacz, punkt pracy powinien być ustabilizowany. Przyjrzyjmy się czynnikom, które wpływają na stabilizację punktu pracy.
Czynniki wpływające na punkt pracy
Głównym czynnikiem wpływającym na punkt pracy jest temperatura. Punkt pracy zmienia się wraz ze zmianą temperatury.
Wraz ze wzrostem temperatury wpływają na wartości I CE , β, V BE .
- I CBO zostaje podwojone (za każde wzrost o 10 o )
- V BE spada o 2,5 mv (na każde 1 o wzrost)
Zatem głównym problemem wpływającym na punkt pracy jest temperatura. Dlatego punkt pracy powinien być niezależny od temperatury, aby uzyskać stabilność. Aby to osiągnąć, wprowadzono obwody polaryzujące.
Stabilizacja
Proces uniezależniania punktu pracy od zmian temperatury lub wahań parametrów tranzystora jest znany jako Stabilization.
Po osiągnięciu stabilizacji wartości I C i V CE stają się niezależne od wahań temperatury lub wymiany tranzystora. Dobry obwód polaryzujący pomaga w stabilizacji punktu pracy.
Potrzeba stabilizacji
Stabilizacja punktu pracy musi być osiągnięta z następujących powodów.
- Zależność temperaturowa I C.
- Indywidualne wariacje
- Ucieczka termiczna
Rozumiemy szczegółowo te pojęcia.
Zależność temperatury I C
Jako wyrażenie na prąd kolektora I C jest
$$ I_C = \ beta I_B + I_ {CEO} $$
$$ = \ beta I_B + (\ beta + 1) I_ {CBO} $$
Na prąd upływu kolektora I CBO duży wpływ mają wahania temperatury. Aby z tego wyjść, warunki polaryzacji są ustawione tak, aby zerowy prąd kolektora I C = 1 mA. Dlatego punkt pracy musi być ustabilizowany, tzn. Konieczne jest utrzymanie stałego I C.
Indywidualne warianty
Ponieważ wartość β i wartość V BE nie są takie same dla każdego tranzystora, po każdej wymianie tranzystora punkt pracy ma tendencję do zmiany. Dlatego konieczne jest ustabilizowanie punktu pracy.
Thermal Runaway
Jako wyrażenie na prąd kolektora I C jest
$$ I_C = \ beta I_B + I_ {CEO} $$
$$ = \ beta I_B + (\ beta + 1) I_ {CBO} $$
Przepływ prądu kolektora, a także prąd upływu kolektora powoduje odprowadzanie ciepła. Jeśli punkt pracy nie jest ustabilizowany, występuje efekt kumulacyjny, który zwiększa to rozpraszanie ciepła.
Samozniszczenie takiego niestabilizowanego tranzystora jest znane jako Thermal run away.
W celu uniknięcia thermal runawayi zniszczenie tranzystora, konieczne jest ustabilizowanie punktu pracy, tj. utrzymanie stałego I C.
Współczynnik stabilności
Rozumie się, że I C powinno być utrzymywane na stałym poziomie pomimo zmian I CBO lub I CO . Zakres, w jakim obwód polaryzujący skutecznie to utrzymuje, mierzy się za pomocąStability factor. Oznaczone przezS.
Z definicji szybkość zmiany prądu kolektora I C względem prądu upływu kolektora I CO przy stałej β i I B nazywamyStability factor.
$ S = \ frac {d I_C} {d I_ {CO}} $ przy stałej I B i β
Stąd możemy zrozumieć, że każda zmiana prądu upływu kolektora zmienia prąd kolektora w dużym stopniu. Współczynnik stabilności powinien być jak najniższy, aby nie wpływać na prąd kolektora. S = 1 to wartość idealna.
Ogólne wyrażenie współczynnika stabilności dla konfiguracji CE można uzyskać jak poniżej.
$$ I_C = \ beta I_B + (\ beta + 1) I_ {CO} $$
Różniczkując powyższe wyrażenie względem I C , otrzymujemy
$$ 1 = \ beta \ frac {d I_B} {d I_C} + (\ beta + 1) \ frac {d I_ {CO}} {dI_C} $$
Lub
$$ 1 = \ beta \ frac {d I_B} {d I_C} + \ frac {(\ beta + 1)} {S} $$
Ponieważ $ \ frac {d I_ {CO}} {d I_C} = \ frac {1} {S} $
Lub
$$ S = \ frac {\ beta + 1} {1 - \ beta \ left (\ frac {d I_B} {d I_C} \ right)} $$
W związku z tym współczynnik stabilność S zależy od P, I B i I C .