BJT Devrelerinde Gerilim Bölücü Önyargısı - Beta Faktörü Olmadan Daha Fazla Kararlılık

Optimum performans ve anahtarlama yanıtı sağlamak için hesaplanmış bir dirençli bölücü ağ kullanarak iki kutuplu bir transistörün terminallerinin ön gerilimine gerilim bölücü önyargısı denir.

İçinde önceki önyargı tasarımları önyargı akımını öğrendik CQ ve voltaj V CEQ BJT'nin mevcut kazancının (β) bir fonksiyonuydu.

Ancak, β'nin özellikle silikon transistörler için sıcaklık değişikliklerine karşı savunmasız olabileceğini bildiğimizden ve ayrıca betanın gerçek değeri genellikle doğru şekilde tanımlanmadığından, BJT devresinde daha az olabilecek bir voltaj bölücü önyargısının geliştirilmesi tavsiye edilebilir. sıcaklıklara eğilimli veya BJT beta'nın kendisinden bağımsız.

Şekil 4.25'teki voltaj bölücü önyargı düzenlemesi bu tasarımlardan biri olarak kabul edilebilir.

Bir ile incelendiğinde kesin temel beta varyasyonlarına duyarlılık gerçekten mütevazı görünüyor. Devre değişkenleri uygun şekilde işlenmişse, I seviyeleri CQ ve V CEQ betadan neredeyse tamamen bağımsız olabilir.

Önceki açıklamalardan bir Q noktasının Şekil 4.26'da gösterildiği gibi sabit bir ICQ ve VCEQ seviyesiyle karakterize edildiğini hatırlayın.

I derecesi BQ betadaki varyasyonlara bağlı olarak değişebilir, ancak I tarafından tanımlanan özelliklerin etrafındaki çalışma noktası CQ ve V CEQ uygun devre yönergeleri uygulanırsa kolayca değişmeden kalabilir.

Yukarıda bahsedildiği gibi, voltaj bölücü kurulumunu araştırmak için kullanılabilecek birkaç yaklaşım bulacaksınız.

Bu devre için belirli isimlerin seçilmesinin arkasındaki sebep, analizimiz sırasında ortaya çıkacak ve ilerideki yazılarda tartışılacaktır.

İlki kesin teknik herhangi bir voltaj bölücü kurulumunda gerçekleştirilebilir.

İkincisinin adı yaklaşık yöntem ve belirli faktörler yerine getirildiğinde uygulanması mümkün hale gelir. yaklaşık yaklaşım minimum çaba ve zaman ile çok daha doğrudan bir analiz sağlar.

Ek olarak bu, sonraki bölümlerde bahsedeceğimiz 'tasarım modu' için çok faydalı olabilir.
Genel olarak, 'yaklaşık yaklaşım' koşulların çoğunda çalışılabilir ve bu nedenle, aynı dikkatle değerlendirilmelidir. 'kesin yöntem'.

Tam Analiz

Yönteminin nasıl olduğunu öğrenelim kesin analiz aşağıdaki açıklama ile uygulanabilir

Aşağıdaki şekle başvurulursa, ağın giriş tarafı, dc analizi için Şekil 4.27'de gösterildiği gibi yeniden üretilebilir.

Thévenin eşdeğeri BJT taban B'nin sol tarafındaki tasarım ağı, daha sonra aşağıda gösterildiği gibi belirlenebilir:

RTh : Giriş besleme noktaları, aşağıdaki Şekil 4.28'de gösterildiği gibi eşdeğer bir kısa devre ile değiştirilir.

ETh: Besleme voltajı kaynağı V DC devreye geri uygulanır ve aşağıdaki Şekil 4.29'da görüldüğü gibi açık devre Thévenin voltajı aşağıda verildiği gibi değerlendirilir:

Gerilim bölücü kuralını uygulayarak aşağıdaki denkleme ulaşıyoruz:

Sonra, Thévenin tasarımını Şekil 4.30'da gösterildiği gibi yeniden oluşturarak, I BQ önce Kirchhoff’un voltaj yasasını döngü için saat yönünde uygulayarak:

ETh - IBRTh - VBE - IERE = 0

Bildiğimiz gibi IE = (β + 1) B Yukarıdaki döngüde onu değiştirmek ve I için çözüyorum B verir:

Denklem. 4.30

İlk bakışta Eq hissedebilirsiniz. (4.30) şimdiye kadar geliştirilen diğer denklemlerden oldukça farklı görünüyor, ancak daha yakından bakıldığında pay sadece iki voltluk bir fark olduğunu gösterecek, payda ise yansıyan temel direnç + emitör direncinin sonucudur. tarafından (β + 1) ve hiç şüphesiz Denklem'e çok benzer. (4.17) ( Baz Verici Döngüsü )

IB yukarıdaki denklem ile hesaplandıktan sonra, tasarımdaki geri kalan büyüklükler, aşağıda gösterildiği gibi, yayıcı önyargı ağı için yaptığımız aynı yöntemle tanımlanabilir:

Denklem (4.31)

Pratik Bir Örnek Çözme (4.7)
DC öngerilim voltajını hesaplayın V BU ve şu anki ben C aşağıda gösterilen voltaj bölücü ağda Şekil 4.31

Şekil 4.31 Örnek 4.7 için beta ile stabilize edilmiş devre.

Yaklaşık Analiz

Yukarıdaki bölümde 'kesin yöntemi' öğrendik, burada bir BJT devresinin voltaj bölücüsünü analiz etmenin 'yaklaşık yöntemini' tartışacağız.

Aşağıdaki şekil 4.32'de gösterildiği gibi BJT tabanlı bir voltaj bölücü ağın giriş aşamasını çizebiliriz.

Ri direnci, devrenin temel ve toprak hattı arasındaki direnç eşdeğeri olarak ve RE, yayıcı ve toprak arasındaki direnç olarak düşünülebilir.

Önceki tartışmalarımızdan [Eq. (4.18)] BJT'nin tabanı / yayıcısı arasında yeniden üretilen veya yansıtılan direncin denklemle açıklandığını biliyoruz. Ri = (β + 1) RE.

Ri'nin R2 direncinden önemli ölçüde daha büyük olduğu bir durumu düşünürsek, IB'nin I2'den nispeten daha küçük olmasıyla sonuçlanacaktır (akımın her zaman minimum direnç yönünü bulmaya ve hareket etmeye çalıştığını unutmayın) ve böylece I2, yaklaşık olarak I1'e eşit dönecektir.

IB'nin yaklaşık değerinin I1 veya I2'ye göre esasen sıfır olduğu düşünülürse, I1 = I2 ve R1 ve R2 seri elemanlar olarak kabul edilebilir.

Şekil 4.32 Yaklaşık baz voltajını hesaplamak için kısmi öngerilim devresi V B .

Başlangıçta temel voltaj olan R2 üzerindeki voltaj, voltaj bölücü kural ağı uygulanarak aşağıda gösterildiği gibi değerlendirilebilir:

Şimdi beri Ri = (β + 1) RE ≅ b YENİDEN, Yaklaşık yöntemin uygulanmasının uygulanabilir olup olmadığını doğrulayan koşula, denklemle karar verilir:

Basitçe ifade etmek gerekirse, RE değeri β değerinin çarpımı R2 değerinin 10 katından az değilse, yaklaşık analizin optimum hassasiyetle uygulanmasına izin verilebilir.

VB değerlendirildikten sonra, VE büyüklüğü aşağıdaki denklemle belirlenebilir:

yayıcı akımı aşağıdaki formül uygulanarak hesaplanabilir:

Kollektörden emitöre voltaj, aşağıdaki formül kullanılarak belirlenebilir:

VCE = VCC - ICRC - IERE

Ancak o zamandan beri IE ≅ IC, aşağıdaki denkleme ulaşıyoruz:

Denklemden yaptığımız hesaplamalar dizisinde not edilmelidir. (4.33) ila Denklem. (4.37) ,, β elementinin hiçbir yerde varlığı yoktur ve IB hesaplanmamıştır.

Bu, Q noktasının (I CQ ve V CEQ ) sonuç olarak β değerine bağlı değildir
Pratik Örnek (4.8):

Analizi daha önce uygulayalım Şekil 4.31 , yaklaşık yaklaşımı kullanarak ve ICQ ve VCEQ için çözümleri karşılaştırın.

Burada, önceki 4.7 örneğimizde değerlendirildiği gibi, VB seviyesinin ETh seviyesinin aynı olduğunu gözlemliyoruz. Temel olarak bunun anlamı, yaklaşık analiz ile kesin analiz arasındaki farkın, kesin analizde ETh ve VB'yi ayırmaktan sorumlu olan RTh'den etkilenmesidir.

İlerlemek,

Sonraki Örnek 4.9

Β 70'e düşürülürse Örnek 4.7'nin tam analizini yapalım ve ICQ ve VCEQ çözümleri arasındaki farkı bulalım.

Çözüm
Bu örnek, kesin ve yaklaşık stratejiler arasında bir karşılaştırma olarak alınmayabilir, daha ziyade, β büyüklüğünün% 50 azaltılması durumunda Q noktasının hareket edebileceği dereceyi test etmek için alınabilir. RTh ve ETh aynı şekilde verilir:

Sonuçları tablo biçiminde düzenlemek bize şunları verir:

Yukarıdaki tablodan, devrenin β seviyelerindeki değişime nispeten tepkisiz olduğunu açıkça anlayabiliriz. ICQ ve VCEQ değerleri temelde aynı olmasına rağmen, β büyüklüğünün 140'tan 70'e% 50 oranında önemli ölçüde azaltılmış olmasına rağmen.

Sonraki Örnek 4.10

I seviyelerini değerlendirin CQ ve V CEQ Şekil 4.33'te gösterildiği gibi voltaj bölücü ağ için tam ve yaklaşık yaklaşımlar ve ortaya çıkan çözümleri karşılaştırır.

Mevcut senaryoda, Denklem 2'de verilen koşullar. (4.33) tatmin olmayabilir, ancak cevaplar çözümdeki farkı Denklem 2'deki koşullarla belirlememize yardımcı olabilir. (4.33) dikkate alınmıyor.
Şekil 4.33 Gerilim bölücü Örnek 4.10 için ağ.

Tam Analizi Kullanarak Çözme:

Yaklaşık Analizi Kullanarak Çözme:


Yukarıdaki değerlendirmelerden kesin ve yaklaşık yöntemlerden elde edilen sonuçlar arasındaki farkı görebiliyoruz.

Sonuçlar gösteriyor ki ben CQ yaklaşık yöntem için yaklaşık% 30 daha yüksektir, V CEQ % 10 daha düşük. Sonuçlar tamamen aynı olmasa da, βRE'nin R2'den sadece 3 kat daha büyük olduğu göz önüne alındığında, sonuçlar aslında birbirinden çok geniş değildir.

Gelecekteki analizimiz için ağırlıklı olarak Denklem'e güveneceğimizi söyledi. (4.33) iki analiz arasında maksimum benzerliği sağlamak için.