Κατανόηση της κοινής διαμόρφωσης βάσης σε BJT

Σε αυτήν την ενότητα πρόκειται να αναλύσουμε τη διαμόρφωση κοινής βάσης BJT και να μάθουμε σχετικά με τα χαρακτηριστικά του σημείου οδήγησης, το ρεύμα αντίστροφης κορεσμού, την τάση βάσης σε πομπούς και να αξιολογήσουμε τις παραμέτρους μέσω ενός πρακτικού επιλυμένου παραδείγματος. Στα επόμενα μέρη θα αναλύσουμε επίσης πώς να ρυθμίσετε ένα κύκλωμα ενισχυτή κοινής βάσης

Εισαγωγή

Τα σύμβολα και οι σχολιασμοί που χρησιμοποιούνται για την αναπαράσταση διαμόρφωσης κοινής βάσης τρανζίστορ στα περισσότερα
Τα βιβλία και οι οδηγοί που εκτυπώνονται αυτές τις μέρες μπορούν να φανούν στο παρακάτω σχήμα Εικ. 3.6 Αυτό μπορεί να ισχύει και για τα τρανζίστορ pnp και npn.

Σχήμα 3.6

3.4 Τι είναι η διαμόρφωση κοινής βάσης

Ο όρος «κοινή βάση» προκύπτει από το γεγονός ότι εδώ η βάση είναι κοινή τόσο στα στάδια εισόδου όσο και εξόδου της διάταξης.

Επιπλέον, η βάση συνήθως γίνεται το τερματικό πλησιέστερο ή στο δυναμικό του εδάφους.

Καθ 'όλη τη διάρκεια της συνομιλίας μας εδώ, όλες οι τρέχουσες (Αμπέρ) κατευθύνσεις λαμβάνονται σε σχέση με τη συμβατική (οπή) κατεύθυνση ροής και όχι την κατεύθυνση ροής ηλεκτρονίων.

Αυτή η επιλογή αποφασίστηκε κυρίως με την ανησυχία ότι ο μεγάλος αριθμός εγγράφων που προσφέρονται σε ακαδημαϊκούς και εμπορικούς οργανισμούς εφαρμόζει συμβατική ροή και τα βέλη σε κάθε ηλεκτρονική παράσταση έχουν μια διαδρομή που ταυτίζεται με αυτήν τη συγκεκριμένη σύμβαση.

Για οποιοδήποτε διπολικό τρανζίστορ:

Το σημάδι βέλους στο γραφικό σύμβολο περιγράφει την κατεύθυνση της ροής του ρεύματος του πομπού (συμβατική ροή) κατά μήκος του τρανζίστορ.

Κάθε μία από τις τρέχουσες (Amp) κατευθύνσεις που εμφανίζονται στο Σχ. 3.6 είναι οι γνήσιες κατευθύνσεις όπως χαρακτηρίζονται από την επιλογή συμβατικής ροής. Παρατηρήστε σε κάθε περίπτωση ότι IE = IC + IB.

Προσέξτε επιπλέον ότι η πόλωση (πηγές τάσης) που εφαρμόζεται είναι ειδικά για να εξακριβώσετε το ρεύμα προς την κατεύθυνση που καθορίζεται για κάθε ένα από τα κανάλια. Δηλαδή, συγκρίνετε την κατεύθυνση του IE με την πολικότητα ή VEE για κάθε διαμόρφωση και επίσης συγκρίνετε την κατεύθυνση του IC με την πολικότητα του VCC.

Για να επεξηγήσει διεξοδικά τις ενέργειες μιας τρι-τερματικής μονάδας, για παράδειγμα το ενισχυτές κοινής βάσης στο Σχ. 3.6, απαιτεί 2 σύνολα ιδιοτήτων - ένα για το σημείο οδήγησης ή παράγοντες εισόδου και ο άλλος για το παραγωγή Ενότητα.

Το σετ εισόδου για τον ενισχυτή κοινής βάσης όπως φαίνεται στο Σχ. 3.7 εφαρμόζει ένα ρεύμα εισόδου (IE) σε μια είσοδο
τάση (VBE) για ποικίλα εύρη τάσης εξόδου (VCB).

ο σύνολο εξόδου εφαρμόζει ένα ρεύμα εξόδου (IC) για μια τάση εξόδου (VCB) για ποικίλα εύρη ρεύματος εισόδου (IE) όπως φαίνεται στο Σχ. 3.8. Η έξοδος, ή η ομάδα των χαρακτηριστικών του συλλέκτη, διαθέτει 3 βασικά στοιχεία ενδιαφέροντος, όπως επισημαίνεται στο Σχ. 3.8: τις ενεργές περιοχές αποκοπής και κορεσμού . Η ενεργή περιοχή θα είναι η περιοχή που είναι συνήθως χρήσιμη για γραμμικούς (μη παραμορφωμένους) ενισχυτές. ΕΙΔΙΚΑ:

Εντός της ενεργής περιοχής, η διασταύρωση συλλέκτη-βάσης θα είναι αντίστροφη προκατάληψη, ενώ η σύνδεση βάσης-πομπού είναι προκατειλημμένη προς τα εμπρός.

Η ενεργή περιοχή χαρακτηρίζεται από τις διαμορφώσεις πόλωσης όπως υποδεικνύεται στο Σχ. 3.6. Στο κάτω άκρο της ενεργής περιοχής το ρεύμα εκπομπού (IE) θα είναι μηδέν, το ρεύμα συλλέκτη βρίσκεται σε αυτήν την κατάσταση απλώς ως αποτέλεσμα της αντίστροφης κορεσμού ICO ρεύματος, όπως φαίνεται στο Σχ. 3.8.

Το τρέχον ICO είναι τόσο αμελητέο (μικροαμπέρ) σε διάσταση σε σύγκριση με την κατακόρυφη κλίμακα του IC (milliamperes) που παρουσιάζεται σχεδόν στην ίδια οριζόντια γραμμή με το IC = 0.

Οι εκτιμήσεις κυκλώματος που υπάρχουν όταν IE = 0 για τη ρύθμιση κοινής βάσης φαίνονται στο Σχ. 3.9. Ο σχολιασμός που εφαρμόζεται πιο συχνά για ICO σε φύλλα δεδομένων και φύλλα προδιαγραφών είναι όπως επισημαίνεται στο Σχ. 3.9, ICBO. Λόγω των ανώτερων μεθόδων σχεδιασμού, ο βαθμός ICBO για τρανζίστορ γενικής χρήσης (ιδιαίτερα πυρίτιο) εντός των περιοχών χαμηλής και μέσης ισχύος είναι συνήθως τόσο ελάχιστος ώστε να μπορεί να αγνοηθεί η επιρροή του.

Τούτου λεχθέντος, για μεγαλύτερες συσκευές ισχύος, το ICBO μπορεί να συνεχίσει να εμφανίζεται στη σειρά μικροαμπέρ. Επιπλέον, θυμηθείτε ότι το ICBO, όπως Είναι σε περίπτωση διόδων (και τα δύο είναι αντίστροφα ρεύματα διαρροής) θα μπορούσαν να είναι ευάλωτα σε αλλαγές θερμοκρασίας.

Σε αυξημένες θερμοκρασίες, ο αντίκτυπος του ICBO μπορεί να έχει καθοριστική σημασία επειδή μπορεί να αυξηθεί σημαντικά γρήγορα ως απόκριση στις αυξήσεις της θερμοκρασίας.

Λάβετε υπόψη σας στο Σχ. 3.8 καθώς το ρεύμα του εκπομπού αυξάνεται πάνω από το μηδέν, το ρεύμα συλλέκτη ανεβαίνει σε επίπεδο κυρίως ισοδύναμο με εκείνο του ρεύματος εκπομπού όπως καθορίζεται από τις θεμελιώδεις σχέσεις τρανζίστορ-ρεύματος.

Παρατηρήστε επίσης ότι υπάρχει αρκετά αναποτελεσματική επίδραση του VCB στο ρεύμα συλλέκτη για την ενεργή περιοχή. Τα καμπύλα σχήματα αποκαλύπτουν προφανώς ότι μια αρχική εκτίμηση της σχέσης μεταξύ IE και IC στην ενεργή περιοχή μπορεί να παρουσιαστεί ως:

Όπως συνάγεται από τον ίδιο τον τίτλο, η περιοχή αποκοπής θεωρείται ότι είναι εκείνη η θέση όπου το ρεύμα συλλέκτη είναι 0 Α, όπως αποκαλύπτεται στο Σχ. 3.8. Επί πλέον:

Στην περιοχή αποκοπής οι συνδέσεις συλλέκτη-βάσης και εκπομπού βάσης ενός τρανζίστορ τείνουν να βρίσκονται σε αντίστροφη προκατάληψη.

Η περιοχή κορεσμού αναγνωρίζεται ως εκείνο το τμήμα των χαρακτηριστικών στην αριστερή πλευρά του VCB = 0 V. Η οριζόντια κλίμακα σε αυτήν την περιοχή έχει διευρυνθεί για να αποκαλύψει ξεκάθαρα τις αξιοσημείωτες βελτιώσεις που έγιναν στα χαρακτηριστικά αυτής της περιοχής. Παρατηρήστε την εκθετική αύξηση του ρεύματος συλλέκτη σε απόκριση της αύξησης της τάσης VCB προς 0 V.

Οι συνδέσεις συλλέκτη-βάσης και εκπομπής βάσης μπορεί να θεωρηθεί ότι προκαλούν προκατάληψη στην περιοχή κορεσμού.

Τα χαρακτηριστικά εισόδου του Σχ. 3.7 σας δείχνουν ότι για οποιαδήποτε προκαθορισμένα μεγέθη τάσης συλλέκτη (VCB), το ρεύμα του εκπομπού αυξάνεται με τέτοιο τρόπο που μπορεί να μοιάζει έντονα με αυτό των χαρακτηριστικών της διόδου.

Στην πραγματικότητα, η επίδραση ενός ανερχόμενου VCB τείνει να είναι τόσο ελάχιστη στα χαρακτηριστικά που για οποιαδήποτε προκαταρκτική αξιολόγηση η διαφορά που προκαλείται από τις διακυμάνσεις στο VCB θα μπορούσε να αγνοηθεί και τα χαρακτηριστικά θα μπορούσαν πραγματικά να αναπαρασταθούν όπως φαίνεται στο Σχ. 3.10α παρακάτω.

Εάν, λοιπόν, χρησιμοποιήσουμε την τεχνική γραμμικής τεχνικής, αυτό θα παράγει τα χαρακτηριστικά όπως αποκαλύπτονται στο Σχ. 3.10b.

Αν ανεβείτε αυτό το ένα επίπεδο, και αγνοώντας την κλίση της καμπύλης και κατά συνέπεια η αντίσταση που δημιουργείται λόγω μιας διασταύρωσης με πρόσθια κίνηση θα οδηγήσει στα χαρακτηριστικά όπως φαίνεται στο Σχ. 3.10c.

Για όλες τις μελλοντικές έρευνες που θα συζητηθούν σε αυτόν τον ιστότοπο, θα εφαρμοστεί η αντίστοιχη σχεδίαση του Σχ. 3.10c για όλες τις αξιολογήσεις dc των κυκλωμάτων τρανζίστορ. Δηλαδή, κάθε φορά που ένα BJT βρίσκεται στην κατάσταση «αγώγιμο», η τάση βάσης προς εκπομπή θα θεωρείται ότι εκφράζεται στην ακόλουθη εξίσωση: VBE = 0,7 V (3,4).

Για να το θέσουμε διαφορετικά, η επίδραση των αλλαγών στην τιμή του VCB μαζί με την κλίση των χαρακτηριστικών εισόδου θα τείνει να παραβλεφθεί καθώς κάνουμε μια προσπάθεια να αξιολογήσουμε τις διαμορφώσεις BJT με τέτοιο τρόπο που μπορεί να μας βοηθήσουν να επιτύχουμε μια βέλτιστη προσέγγιση προς το πραγματική απόκριση, χωρίς να εμπλέκουμε πάρα πολύ τον εαυτό μας με παράμετρο που μπορεί να έχει λιγότερη σημασία.

Σχήμα 3.10

Όλοι πρέπει πραγματικά να εκτιμήσουμε διεξοδικά τον ισχυρισμό που εκφράζεται στα παραπάνω χαρακτηριστικά του Σχ. 3.10γ. Ορίζουν ότι με το τρανζίστορ στην κατάσταση 'on' ή σε ενεργή κατάσταση, η τάση που κινείται από τη βάση στον πομπό θα είναι 0,7 V για οποιαδήποτε ποσότητα ρεύματος πομπού όπως ρυθμίζεται από το σχετικό εξωτερικό δίκτυο κυκλωμάτων.

Για να είμαστε πιο ακριβείς, για οποιονδήποτε αρχικό πειραματισμό με κύκλωμα BJT στη διαμόρφωση dc, ο χρήστης μπορεί τώρα να ορίσει γρήγορα ότι η τάση μέσω βάσης προς πομπό είναι 0,7 V ενώ η συσκευή βρίσκεται στην ενεργή περιοχή - αυτό μπορεί να θεωρηθεί εξαιρετικά κρίσιμη κατώτατη γραμμή για όλη μας την ανάλυση dc που θα συζητηθεί στα επερχόμενα άρθρα μας ..

Επίλυση ενός πρακτικού παραδείγματος (3.1)

Στις παραπάνω ενότητες μάθαμε τι είναι η διαμόρφωση κοινής βάσης σχετικά με τη σχέση μεταξύ ρεύματος βάσης I ντο και εκπομπό ρεύματος I ΕΙΝΑΙ BJT στην ενότητα 3.4. Αναφορικά με αυτό το άρθρο μπορούμε τώρα να σχεδιάσουμε μια διαμόρφωση που θα επιτρέπει στο BJT να ενισχύσει το ρεύμα, όπως απεικονίζεται στο Σχ. 3.12 παρακάτω κύκλωμα ενισχυτή κοινής βάσης.

Αλλά πριν το ερευνήσουμε αυτό, θα ήταν σημαντικό να μάθουμε τι είναι το άλφα (α).

Alpha(α)

Σε μια διαμόρφωση κοινής βάσης BJT στη λειτουργία dc, λόγω της επίδρασης των πλειοψηφικών φορέων, το τρέχον I ντο και εγώ ΕΙΝΑΙ σχηματίζουν μια σχέση που εκφράζεται από την ποσότητα άλφα και παρουσιάζεται ως:

α δγ = Εγώ ντο / ΕΓΩ ΕΙΝΑΙ -------------------- (3.5)

όπου εγώ ντο και εγώ ΕΙΝΑΙ είναι τα τρέχοντα επίπεδα στο σημείο λειτουργίας . Αν και το παραπάνω χαρακτηριστικό αναγνωρίζει ότι α = 1, σε πραγματικές συσκευές και πειράματα, αυτή η ποσότητα θα μπορούσε να βρίσκεται οπουδήποτε περίπου 0,9 έως 0,99, και στις περισσότερες περιπτώσεις αυτό πλησιάζει τη μέγιστη τιμή του εύρους.

Λόγω του γεγονότος ότι εδώ το άλφα ορίζεται ειδικά για τους πλειοψηφικούς φορείς, το Εξ. 3.2 που είχαμε μάθει στο προηγούμενα κεφάλαια τώρα μπορεί να γραφτεί ως:

Αναφερόμενοι στο χαρακτηριστικό στο γράφημα Σχ. 3.8 , όταν εγώ ΕΙΝΑΙ = 0 mA, I ντο η τιμή γίνεται κατά συνέπεια = I CBO.

Ωστόσο, από τις προηγούμενες συζητήσεις μας γνωρίζουμε ότι το επίπεδο του I CBO είναι συχνά ελάχιστη, και ως εκ τούτου γίνεται σχεδόν μη αναγνωρίσιμη στο γράφημα του 3.8.

Σημασία, όποτε εγώ ΕΙΝΑΙ = 0 mA στο παραπάνω γράφημα, I ντο μετατρέπεται επίσης σε 0 mA για το V ΚΒ εύρος τιμών.

Όταν εξετάζουμε ένα σήμα εναλλασσόμενου ρεύματος, όπου το σημείο λειτουργίας κινείται πάνω από τη χαρακτηριστική καμπύλη, ένα ac άλφα μπορεί να γραφτεί ως:

Υπάρχουν μερικά επίσημα ονόματα που δίδονται στο ac alpha τα οποία είναι: κοινή βάση, συντελεστής ενίσχυσης, βραχυκύκλωμα. Οι λόγοι για αυτά τα ονόματα θα γίνουν πιο εμφανείς στα επόμενα κεφάλαια κατά την αξιολόγηση ισοδύναμων κυκλωμάτων BJTs.

Σε αυτό το σημείο μπορούμε να διαπιστώσουμε ότι το Eq 3.7 παραπάνω επιβεβαιώνει ότι μια σχετικά μέτρια διακύμανση στο ρεύμα συλλέκτη διαιρείται με την προκύπτουσα αλλαγή στο I ΕΙΝΑΙ , ενώ ο συλλέκτης-προς-βάση βρίσκεται σε σταθερό μέγεθος.

Στις πλειοψηφικές συνθήκες, η ποσότητα α και και α δγ είναι σχεδόν ίσες επιτρέποντας την ανταλλαγή μεγεθών μεταξύ τους.

Ενισχυτής κοινής βάσης

Η πόλωση dc δεν εμφανίζεται στο παραπάνω σχήμα, καθώς η πραγματική μας πρόθεση είναι να αναλύσουμε μόνο την απόκριση εναλλασσόμενου ρεύματος.

Όπως μάθαμε στις προηγούμενες δημοσιεύσεις μας σχετικά με διαμόρφωση κοινής βάσης , η αντίσταση εισόδου AC όπως φαίνεται στο Σχ. 3.7 φαίνεται αρκετά ελάχιστη και κυμαίνεται συνήθως εντός εύρους 10 και 100 ohm. Ενώ στο ίδιο κεφάλαιο είδαμε επίσης στο Σχήμα 3.8, η αντίσταση εξόδου σε ένα δίκτυο κοινής βάσης φαίνεται πολύ υψηλή, η οποία θα μπορούσε να κυμαίνεται τυπικά στην περιοχή από 50 k έως 1 M Ohm.

Αυτές οι διαφορές στις τιμές αντίστασης βασικά οφείλονται στην εμπρόσθια διασταύρωση που εμφανίζεται στην πλευρά εισόδου (μεταξύ βάσης προς πομπό) και της αντίστροφης μεροληψίας που εμφανίζεται στην πλευρά εξόδου μεταξύ βάσης και συλλέκτη.

Εφαρμόζοντας μια τυπική τιμή για παράδειγμα 20 Ohms (όπως φαίνεται στο παραπάνω σχήμα) για την αντίσταση εισόδου και 200mV για τάση εισόδου, μπορούμε να αξιολογήσουμε επίπεδο ενίσχυσης ή εύρος στην πλευρά εξόδου μέσω του ακόλουθου λυμένου παραδείγματος:

Έτσι, η ενίσχυση της τάσης στην έξοδο μπορεί να βρεθεί επιλύοντας την ακόλουθη εξίσωση:

Αυτή είναι μια τυπική τιμή ενίσχυσης τάσης για οποιοδήποτε κύκλωμα BJT κοινής βάσης το οποίο θα μπορούσε ενδεχομένως να κυμαίνεται μεταξύ 50 και 300. Για ένα τέτοιο δίκτυο, η τρέχουσα ενίσχυση IC / IE είναι πάντα μικρότερη από 1, καθώς το IC = alphaIE και το alpha είναι πάντα μικρότερο από 1.

Σε προκαταρκτικά πειράματα, η θεμελιώδης ενισχυτική δράση εισήχθη μέσω του α ΜΕΤΑΦΟΡΑ του τρέχοντος Εγώ σε χαμηλό έως υψηλό αντίσταση κύκλωμα.

Η σχέση μεταξύ των δύο πλάγιων φράσεων στην παραπάνω πρόταση είχε ως αποτέλεσμα τον όρο τρανζίστορ:

τρανς κάνε + εκ σίστορ = τρανζίστορ.

Στο επόμενο σεμινάριο θα συζητήσουμε τον Ενισχυτή Common-Emitter

Αναφορά: https://en.wikipedia.org/wiki/Common_base