การให้น้ำหนักทรานซิสเตอร์

การให้น้ำหนักเป็นกระบวนการจัดหาแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงซึ่งช่วยในการทำงานของวงจร ทรานซิสเตอร์ถูกสร้างขึ้นเพื่อที่จะทำให้ทางแยกฐานของอีซีแอลไปข้างหน้าแบบเอนเอียงและตัวแยกฐานตัวเก็บกลับลำเอียงเพื่อให้มันคงไว้ในพื้นที่แอ็คทีฟเพื่อทำงานเป็นเครื่องขยายเสียง

ในบทที่แล้วเราได้อธิบายว่าทรานซิสเตอร์ทำหน้าที่เป็นเครื่องขยายเสียงที่ดีได้อย่างไรหากทั้งส่วนอินพุตและเอาต์พุตมีความเอนเอียง

การให้น้ำหนักทรานซิสเตอร์

การไหลที่เหมาะสมของกระแสตัวรวบรวมสัญญาณศูนย์และการบำรุงรักษาแรงดันไฟฟ้าของเครื่องรวบรวมที่เหมาะสมในระหว่างการส่งสัญญาณเรียกว่า Transistor Biasing. วงจรที่ให้การให้น้ำหนักทรานซิสเตอร์เรียกว่าเป็นBiasing Circuit.

ต้องการการให้น้ำหนักแบบ DC

ถ้าสัญญาณของแรงดันไฟฟ้าขนาดเล็กมากให้กับอินพุตของ BJT จะไม่สามารถขยายได้ เนื่องจากสำหรับ BJT ในการขยายสัญญาณจึงต้องปฏิบัติตามเงื่อนไขสองประการ

แรงดันไฟฟ้าขาเข้าควรเกิน cut-in voltage เพื่อให้ทรานซิสเตอร์เป็น ON.
BJT ควรอยู่ใน active regionที่จะดำเนินการเป็นไฟล์ amplifier.

หากได้รับแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงและกระแสไฟฟ้าที่เหมาะสมผ่าน BJT โดยแหล่งภายนอกเพื่อให้ BJT ทำงานในพื้นที่ที่ใช้งานอยู่และวางซ้อนสัญญาณ AC เพื่อขยายสัญญาณก็จะสามารถหลีกเลี่ยงปัญหานี้ได้ แรงดันและกระแสไฟฟ้ากระแสตรงที่กำหนดจะถูกเลือกเพื่อให้ทรานซิสเตอร์ยังคงอยู่ในพื้นที่ที่ใช้งานอยู่สำหรับวงจร AC อินพุตทั้งหมด ดังนั้นจึงจำเป็นต้องให้น้ำหนัก DC

รูปด้านล่างแสดงแอมพลิฟายเออร์ทรานซิสเตอร์ที่มาพร้อมกับการให้น้ำหนักกระแสตรงบนวงจรอินพุตและเอาต์พุต

เพื่อให้ทรานซิสเตอร์ทำงานเป็นเครื่องขยายเสียงที่ซื่อสัตย์จุดปฏิบัติการควรมีความเสถียร ให้เรามาดูปัจจัยที่มีผลต่อเสถียรภาพของจุดปฏิบัติการ

ปัจจัยที่มีผลต่อจุดปฏิบัติการ

ปัจจัยหลักที่มีผลต่อจุดปฏิบัติการคืออุณหภูมิ จุดปฏิบัติการจะเปลี่ยนไปเนื่องจากอุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลง

เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นค่าของ I _CE , β, V _BEจะได้รับผลกระทบ

I _CBOเพิ่มขึ้นสองเท่า (ทุก ๆ 10 ^oเพิ่มขึ้น)
V _BEลดลง 2.5mv (ทุกๆ 1 ^oเพิ่มขึ้น)

ดังนั้นปัญหาหลักที่ส่งผลต่อจุดปฏิบัติการคืออุณหภูมิ ดังนั้นจุดปฏิบัติการควรทำโดยไม่ขึ้นกับอุณหภูมิเพื่อให้เกิดเสถียรภาพ เพื่อให้บรรลุเป้าหมายนี้จะมีการนำวงจรการให้น้ำหนัก

เสถียรภาพ

กระบวนการทำให้จุดปฏิบัติการเป็นอิสระจากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิหรือการเปลี่ยนแปลงพารามิเตอร์ทรานซิสเตอร์เรียกว่า Stabilization.

เมื่อได้ความเสถียรแล้วค่าของ I _Cและ V _CEจะไม่ขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิหรือการเปลี่ยนทรานซิสเตอร์ วงจรการให้น้ำหนักที่ดีช่วยในการรักษาเสถียรภาพของจุดปฏิบัติการ

ต้องการความเสถียร

ความเสถียรของจุดปฏิบัติการจะต้องเกิดขึ้นเนื่องจากสาเหตุต่อไปนี้

การพึ่งพาอุณหภูมิของ I _C
รูปแบบส่วนบุคคล
หนีความร้อน

ให้เราเข้าใจแนวคิดเหล่านี้โดยละเอียด

การพึ่งพาอุณหภูมิของ I _C

เนื่องจากนิพจน์สำหรับตัวสะสมปัจจุบัน I _Cคือ

$$ I_C = \ beta I_B + I_ {CEO} $$

$$ = \ beta I_B + (\ beta + 1) I_ {CBO} $$

กระแสรั่วของตัวสะสม I _CBOได้รับอิทธิพลอย่างมากจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ ด้วยเหตุนี้เงื่อนไขการให้น้ำหนักจึงถูกตั้งค่าเพื่อให้ตัวเก็บสัญญาณเป็นศูนย์ปัจจุบัน I _C = 1 mA ดังนั้นจุดปฏิบัติการจำเป็นต้องมีความเสถียรนั่นคือจำเป็นต้องรักษา I _{C ให้}คงที่

รูปแบบส่วนบุคคล

เนื่องจากค่าของβและค่า V _BEไม่เหมือนกันสำหรับทรานซิสเตอร์ทุกตัวเมื่อใดก็ตามที่มีการเปลี่ยนทรานซิสเตอร์จุดปฏิบัติการจึงมีแนวโน้มที่จะเปลี่ยนแปลง ดังนั้นจึงจำเป็นต้องรักษาเสถียรภาพของจุดปฏิบัติการ

หนีความร้อน

เนื่องจากนิพจน์สำหรับตัวสะสมปัจจุบัน I _Cคือ

$$ I_C = \ beta I_B + I_ {CEO} $$

$$ = \ beta I_B + (\ beta + 1) I_ {CBO} $$

การไหลของกระแสสะสมและกระแสรั่วของตัวสะสมทำให้เกิดการกระจายความร้อน หากจุดปฏิบัติการไม่คงที่จะเกิดผลสะสมซึ่งจะเพิ่มการกระจายความร้อนนี้

การทำลายตัวเองของทรานซิสเตอร์ที่ไม่เสถียรนั้นเรียกว่า Thermal run away.

เพื่อที่จะหลีกเลี่ยง thermal runawayและการทำลายทรานซิสเตอร์จำเป็นต้องทำให้จุดปฏิบัติการเสถียรนั่นคือเพื่อให้ I _Cคงที่

ปัจจัยความเสถียร

เป็นที่เข้าใจกันว่าควรรักษาI _Cให้คงที่แม้ว่า I _CBOหรือ I _{CO จะ}เปลี่ยนแปลงไปก็ตาม ขอบเขตที่วงจรการให้น้ำหนักประสบความสำเร็จในการบำรุงรักษานี้วัดได้จากStability factor. แสดงโดยS.

ตามความหมายอัตราการเปลี่ยนแปลงของกระแสสะสม I _{C ที่}เกี่ยวกับกระแสรั่วของตัวสะสม I _COที่ค่าคงที่βและ I _Bเรียกว่าStability factor.

$ S = \ frac {d I_C} {d I_ {CO}} $ คงที่ I _Bและβ

ดังนั้นเราจึงเข้าใจได้ว่าการเปลี่ยนแปลงใด ๆ ของกระแสรั่วของตัวสะสมจะเปลี่ยนกระแสของตัวสะสมในระดับที่ดี ปัจจัยความเสถียรควรต่ำที่สุดเพื่อไม่ให้กระแสของตัวสะสมได้รับผลกระทบ S = 1 คือค่าในอุดมคติ

การแสดงออกทั่วไปของปัจจัยความเสถียรสำหรับการกำหนดค่า CE สามารถหาได้ตามด้านล่าง

$$ I_C = \ beta I_B + (\ beta + 1) I_ {CO} $$

เราได้รับความแตกต่างจากการแสดงออกข้างต้นเกี่ยวกับ I _C

$$ 1 = \ beta \ frac {d I_B} {d I_C} + (\ beta + 1) \ frac {d I_ {CO}} {dI_C} $$

หรือ

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

ตั้งแต่ $ \ frac {d I_ {CO}} {d I_C} = \ frac {1} {S} $

หรือ

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

ดังนั้นปัจจัยที่มีความมั่นคงขึ้นอยู่กับ S βผม_BและฉันC