Analiza linii obciążenia tranzystora
Do tej pory omówiliśmy różne obszary działania tranzystora. Ale spośród wszystkich tych regionów stwierdziliśmy, że tranzystor działa dobrze w obszarze aktywnym i dlatego jest również nazywany jakolinear region. Wyjścia tranzystora to prąd kolektora i napięcia kolektora.
Charakterystyka wyjściowa
Biorąc pod uwagę charakterystykę wyjściową tranzystora, krzywa wygląda jak poniżej dla różnych wartości wejściowych.
Na powyższym rysunku charakterystyki wyjściowe są narysowane między prądem kolektora IC i napięcie kolektora VCE dla różnych wartości prądu bazowego IB. Są one tutaj brane pod uwagę dla różnych wartości wejściowych w celu uzyskania różnych krzywych wyjściowych.
Linia ładunkowa
Gdy weźmie się pod uwagę wartość maksymalnego możliwego prądu kolektora, ten punkt będzie obecny na osi Y, co jest niczym innym jak Saturation point. Ponadto, gdy weźmie się pod uwagę wartość maksymalnego możliwego napięcia kolektora emiter, punkt ten będzie obecny na osi X, która jestCutoff point.
Kiedy rysuje się linię łączącą te dwa punkty, można ją nazwać jako Load line. Nazywa się to tak, ponieważ symbolizuje wyjście przy obciążeniu. Linia ta, gdy jest narysowana nad krzywą charakterystyki wyjściowej, styka się w punkcie zwanym asOperating point lub quiescent point lub po prostu Q-point.
Pojęcie linii ładunkowej można zrozumieć na poniższym wykresie.
Linia obciążenia jest rysowana poprzez połączenie punktów nasycenia i odcięcia. Region, który leży między tymi dwoma, tolinear region. Tranzystor działa jak dobry wzmacniacz w tym liniowym obszarze.
Jeśli ta linia obciążenia jest rysowana tylko wtedy, gdy polaryzacja DC jest podawana na tranzystor, ale no input sygnał, wtedy taka linia obciążenia jest nazywana DC load line. Natomiast linia ładunkowa narysowana w warunkach, gdyinput signal wraz z przyłożonymi napięciami DC taka linia nazywana jest AC load line.
Linia obciążenia DC
Gdy tranzystor jest poddany polaryzacji i na jego wejściu nie jest podawany żaden sygnał, linię obciążenia rysowaną w takich warunkach można rozumieć jako DCstan: schorzenie. Tutaj nie będzie wzmocnienia jaksignal is absent. Obwód będzie taki, jak pokazano poniżej.
Wartość napięcia kolektora-emiter w dowolnym momencie będzie wynosić
$$ V_ {CE} = V_ {CC} - I_C R_C $$
Ponieważ V CC i R C są wartościami stałymi, powyższe jest równaniem pierwszego stopnia, a zatem będzie linią prostą na charakterystyce wyjściowej. Ta linia nazywa sięD.C. Load line. Poniższy rysunek przedstawia linię obciążenia DC.
Aby otrzymać linię obciążenia, należy określić dwa punkty końcowe prostej. Niech te dwa punkty będą A i B.
Aby uzyskać A
Gdy napięcie kolektor emiter V CE = 0, prąd kolektora jest maksymalne i jest równa V CC / R C . Daje to maksymalną wartość V CE . Jest to pokazane jako
$$ V_ {CE} = V_ {CC} - I_C R_C $$
$$ 0 = V_ {CC} - I_C R_C $$
$$ I_C = V_ {CC} / R_C $$
Daje to punkt A (OA = V CC / R C ) na osi prądu kolektora, pokazany na powyższym rysunku.
Aby uzyskać B.
Gdy prąd kolektora I C = 0, to napięcie kolektora emiter jest maksymalne i będzie równe V CC . Daje to maksymalną wartość z I C . Jest to pokazane jako
$$ V_ {CE} = V_ {CC} - I_C R_C $$
$$ = V_ {CC} $$
(AS I C = 0)
Daje to punkt B, co oznacza (OB = V CC ) na osi napięcia kolektora-emiter pokazanej na powyższym rysunku.
W związku z tym ustaliliśmy zarówno punkt nasycenia, jak i odcięcia i dowiedzieliśmy się, że linia obciążenia jest linią prostą. Tak więc można narysować linię obciążenia DC.
Linia obciążenia AC
Omawiana wcześniej linia obciążenia prądu stałego analizuje zmiany prądów i napięć kolektora, gdy nie jest przyłożone napięcie przemienne. Natomiast linia obciążenia AC podaje napięcie międzyszczytowe lub maksymalne możliwe wahania wyjściowe dla danego wzmacniacza.
Dla naszego zrozumienia rozważymy obwód zastępczy AC wzmacniacza CE.
Z powyższego rysunku
$$ V_ {CE} = (R_C // R_1) \ times I_C $$
$$ r_C = R_C // R_1 $$
Aby tranzystor działał jako wzmacniacz, powinien pozostać w aktywnym obszarze. Punkt spoczynku jest tak dobrany, aby maksymalne wychylenie sygnału wejściowego było symetryczne zarówno w ujemnych, jak i dodatnich półcyklach.
W związku z tym,
$ V_ {max} = V_ {CEQ} $ i $ V_ {min} = -V_ {CEQ} $
Gdzie V CEQ jest napięciem emiter-kolektor w punkcie spoczynku
Poniższy wykres przedstawia linię obciążenia AC, która jest rysowana między punktami nasycenia i odcięcia.
Z powyższego wykresu wynika, że bieżący IC w punkcie nasycenia wynosi
$$ I_ {C (sat)} = I_ {CQ} + (V_ {CEQ} / r_C) $$
Napięcie V CE w punkcie odcięcia wynosi
$$ V_ {CE (wył.)} = V_ {CEQ} + I_ {CQ} r_C $$
Stąd maksymalny prąd dla tego odpowiedniego V CEQ = V CEQ / (R C // R 1 ) wynosi
$$ I_ {CQ} = I_ {CQ} * (R_C // R_1) $$
Stąd dodając prądy spoczynkowe, punkty końcowe linii obciążenia AC są
$$ I_ {C (sat)} = I_ {CQ} + V_ {CEQ} / (R_C // R_1) $$
$$ V_ {CE (wyłączone)} = V_ {CEQ} + I_ {CQ} * (R_C // R_1) $$
Linia obciążenia AC i DC
Kiedy linie obciążenia AC i DC są przedstawione na wykresie, można zrozumieć, że nie są identyczne. Obie te linie przecinają się naQ-point lub quiescent point. Punktami końcowymi linii obciążenia prądu przemiennego są punkty nasycenia i odcięcia. Można to zrozumieć na poniższym rysunku.
Z powyższego rysunku wynika, że punkt spoczynku (ciemna kropka) jest uzyskiwany, gdy wartość prądu podstawowego IB wynosi 10 mA. Jest to punkt, w którym przecinają się linie obciążenia AC i DC.
W następnym rozdziale omówimy koncepcję quiescent point albo operating point szczegółowo.