Μεροληψία τάσης-διαχωριστή σε κυκλώματα BJT - Περισσότερη σταθερότητα χωρίς παράγοντα beta

Η μεροληψία των ακροδεκτών ενός διπολικού τρανζίστορ χρησιμοποιώντας ένα υπολογισμένο δίκτυο αντίστασης διαχωριστή για τη διασφάλιση της βέλτιστης απόδοσης και την απόκριση μεταγωγής ονομάζεται πόλωση διαχωριστή τάσης.

Στο προηγούμενα σχέδια προκατάληψης ότι μάθαμε την τρέχουσα προκατάληψη I CQ και τάση V CEQ ήταν συνάρτηση του τρέχοντος κέρδους (β) του BJT.

Όμως, όπως γνωρίζουμε ότι το β μπορεί να είναι ευάλωτο σε μεταβολές θερμοκρασίας, ειδικά για τα τρανζίστορ πυριτίου, και επίσης η πραγματική τιμή του βήτα συχνά δεν αναγνωρίζεται σωστά, θα ήταν σκόπιμο να αναπτυχθεί μια μεροληψία διαίρεσης τάσης στο κύκλωμα BJT που μπορεί να είναι λιγότερο επιρρεπείς σε θερμοκρασίες ή, απλώς ανεξάρτητοι από το ίδιο το BJT beta.

Η διάταξη πόλωσης διαχωριστή τάσης του Σχ. 4.25 μπορεί να θεωρηθεί ως ένα από αυτά τα σχέδια.

Όταν εξετάζεται με ένα ακριβής βάση Η ευαισθησία στις παραλλαγές της beta φαίνεται πραγματικά μέτρια. Εάν οι μεταβλητές κυκλώματος επεξεργαστούν κατάλληλα, τα επίπεδα του I CQ και V CEQ θα μπορούσε να είναι σχεδόν εντελώς ανεξάρτητο από το beta.

Θυμηθείτε από προηγούμενες εξηγήσεις ότι ένα σημείο Q χαρακτηρίζεται με σταθερό επίπεδο ICQ και VCEQ όπως φαίνεται στο Σχ. 4.26.

Ο βαθμός I BQ μπορεί να αλλάξει ανάλογα με τις παραλλαγές στο beta, αλλά το σημείο λειτουργίας γύρω από τα χαρακτηριστικά που προσδιορίζονται από το I CQ και V CEQ μπορεί εύκολα να παραμείνει αμετάβλητο εάν εφαρμόζονται οι κατάλληλες οδηγίες κυκλώματος.

Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, θα βρείτε μερικές προσεγγίσεις που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη διερεύνηση της ρύθμισης διαχωριστή τάσης.

Ο λόγος πίσω από την επιλογή συγκεκριμένων ονομάτων για αυτό το κύκλωμα θα γίνει εμφανής κατά την ανάλυσή μας και θα συζητηθεί στις μελλοντικές δημοσιεύσεις.

Το πρώτο είναι το ακριβής τεχνική η οποία μπορεί να πραγματοποιηθεί σε οποιαδήποτε ρύθμιση διαίρεσης τάσης.

Το δεύτερο ονομάζεται κατά προσέγγιση μέθοδο, και η εφαρμογή του καθίσταται εφικτή όταν πληρούνται ορισμένοι παράγοντες. ο προσέγγιση προσέγγιση επιτρέπει μια πολύ πιο άμεση ανάλυση με ελάχιστη προσπάθεια και χρόνο.

Επιπλέον, αυτό μπορεί να είναι πολύ χρήσιμο για τη «λειτουργία σχεδίασης» για την οποία θα μιλήσουμε στις επόμενες ενότητες.
Συνολικά, από το «προσέγγιση προσέγγισης» θα μπορούσε να εργαστεί με τις περισσότερες από τις συνθήκες και ως εκ τούτου πρέπει να αξιολογηθεί με το ίδιο επίπεδο προσοχής με το «ακριβής μέθοδος».

Ακριβής ανάλυση

Ας μάθουμε πώς η μέθοδος ακριβής ανάλυση μπορεί να εφαρμοστεί με την ακόλουθη εξήγηση

Αναφερόμενοι στο ακόλουθο σχήμα, η πλευρά εισόδου του δικτύου θα μπορούσε να αναπαραχθεί όπως απεικονίζεται στο Σχ. 4.27 για την ανάλυση dc.

ο Το ισοδύναμο Thévenin Το δίκτυο για τη σχεδίαση στην αριστερή πλευρά της βάσης BJT μπορεί στη συνέχεια να προσδιοριστεί με τρόπο όπως φαίνεται παρακάτω:

ΡΘ : Τα σημεία τροφοδοσίας εισόδου αντικαθίστανται από ένα ισοδύναμο βραχυκύκλωμα όπως φαίνεται στο σχήμα 4.28 παρακάτω.

ETH: Η πηγή τάσης τροφοδοσίας V DC εφαρμόζεται πίσω στο κύκλωμα και η τάση ανοικτού κυκλώματος Thévenin όπως φαίνεται στο σχήμα 4.29 παρακάτω αξιολογείται όπως δίνεται παρακάτω:

Εφαρμόζοντας τον κανόνα διαίρεσης τάσης καταλήγουμε στην ακόλουθη εξίσωση:

Στη συνέχεια, αναδημιουργώντας το σχέδιο Thévenin όπως φαίνεται στο Σχ.4.30, αξιολογούμε το I BQ εφαρμόζοντας πρώτα τον νόμο τάσης του Kirchhoff προς τα δεξιά για τον βρόχο:

ETh - IBRTh - VBE - IERE = 0

Οπως γνωρίζουμε IE = (β + 1) σι Αντικατάσταση στον παραπάνω βρόχο και επίλυση για I σι δίνει:

Εξίσωση. 4.30

Με την πρώτη ματιά μπορεί να αισθάνεστε Εξ. (4.30) φαίνεται αρκετά διαφορετικό από τις άλλες εξισώσεις που έχουν αναπτυχθεί μέχρι στιγμής, ωστόσο μια πιο προσεκτική ματιά θα δείξει ότι ο αριθμητής είναι μόνο μια διαφορά δύο επιπέδων βολτ, ενώ ο παρονομαστής είναι το αποτέλεσμα της αντίστασης βάσης + της αντίστασης εκπομπού, η οποία αντανακλάται με (β + 1) και είναι αναμφίβολα πολύ παρόμοιο με το Εξ. (4.17) ( Βρόχος πομπού βάσης )

Μόλις υπολογιστεί το IB μέσω της παραπάνω εξίσωσης, τα υπόλοιπα μεγέθη στο σχεδιασμό θα μπορούσαν να προσδιοριστούν με την ίδια μέθοδο που κάναμε για το δίκτυο πόλωσης εκπομπών, όπως φαίνεται παρακάτω:

Εξίσωση (4.31)

Επίλυση ενός πρακτικού παραδείγματος (4.7)
Υπολογίστε την τάση πόλωσης DC V ΑΥΤΟ και το τρέχον I ντο στο παρακάτω δίκτυο δικτύου διαίρεσης τάσης Εικ. 4.31

Σχήμα 4.31 Βήμα-σταθεροποιημένο κύκλωμα για το Παράδειγμα 4.7.

Κατά προσέγγιση ανάλυση

Στην παραπάνω ενότητα μάθαμε την «ακριβή μέθοδο», εδώ θα συζητήσουμε την «προσέγγιση κατά προσέγγιση» της ανάλυσης του διαχωριστή τάσης ενός κυκλώματος BJT.

Μπορούμε να σχεδιάσουμε το στάδιο εισόδου ενός δικτύου διαχωριστή τάσης με βάση το BJT, όπως φαίνεται στο σχήμα 4.32 παρακάτω.

Η αντίσταση Ri μπορεί να θεωρηθεί ως ισοδύναμη αντίσταση μεταξύ της γραμμής βάσης και της γείωσης του κυκλώματος, και η RE ως η αντίσταση μεταξύ του πομπού και της γείωσης.

Από τις προηγούμενες συζητήσεις μας [Εξ. (4.18)] γνωρίζουμε ότι η αντίσταση που αναπαράγεται ή αντανακλάται μεταξύ της βάσης / εκπομπού του BJT επεκτείνεται από την εξίσωση Ri = (β + 1)RE.

Εάν εξετάσουμε μια κατάσταση όπου το Ri είναι σημαντικά μεγαλύτερο από την αντίσταση R2, θα έχει ως αποτέλεσμα το IB να είναι μικρότερο από το I2 (θυμηθείτε ότι το ρεύμα πάντα προσπαθεί να βρει και να κινηθεί προς την κατεύθυνση της ελάχιστης αντίστασης), και έτσι το I2 θα γυρίσει περίπου ίσο με το I1.

Θεωρώντας ότι η κατά προσέγγιση τιμή του IB είναι ουσιαστικά μηδέν σε σχέση με το I1 ή το I2, τότε το I1 = I2, και το R1, και το R2 θα μπορούσαν να θεωρηθούν ως στοιχεία σειράς.

Σχήμα 4.32 Κύκλωμα μερικής προκατάληψης για τον υπολογισμό της κατά προσέγγιση τάσης βάσης V σι .

Η τάση σε R2, η οποία αρχικά θα ήταν η βασική τάση θα μπορούσε να εκτιμηθεί όπως φαίνεται παρακάτω, εφαρμόζοντας το δίκτυο κανόνα διαιρέτη τάσης:

Τώρα από τότε Ri = (β + 1)RE ≅ β ΣΧΕΤΙΚΑ ΜΕ, η συνθήκη που επιβεβαιώνει εάν η εκτέλεση της μεθόδου κατά προσέγγιση είναι εφικτή ή όχι αποφασίζεται από την εξίσωση:

Με απλά λόγια, εάν η τιμή RE υπερβαίνει την τιμή του β, δεν είναι μικρότερη από 10 φορές την τιμή του R2, τότε μπορεί να επιτραπεί η εφαρμογή της κατά προσέγγιση ανάλυσης με τη βέλτιστη ακρίβεια

Μετά την αξιολόγηση του VB, το μέγεθος VE θα μπορούσε να προσδιοριστεί από την εξίσωση:

ενώ το ρεύμα του πομπού θα μπορούσε να υπολογιστεί εφαρμόζοντας τον τύπο:

Η τάση από τον συλλέκτη στον πομπό μπορεί να προσδιοριστεί χρησιμοποιώντας τον ακόλουθο τύπο:

VCE = VCC - ICRC - IERE

Ωστόσο, από τότε IE ≅ IC, φτάνουμε στην ακόλουθη εξίσωση:

Πρέπει να σημειωθεί ότι στη σειρά υπολογισμών που πραγματοποιήσαμε από την Εξ. (4.33) έως Εξ. (4.37) ,, το στοιχείο β δεν έχει παρουσία πουθενά και το IB δεν έχει υπολογιστεί.

Αυτό σημαίνει ότι το σημείο Q (όπως καθορίζεται από τον Ι CQ και V CEQ ως αποτέλεσμα δεν εξαρτάται από την τιμή του β
Πρακτικό παράδειγμα (4.8):

Ας εφαρμόσουμε την ανάλυση στα προηγούμενα Σχήμα 4.31 , χρησιμοποιώντας προσέγγιση προσέγγισης και συγκρίνετε λύσεις για ICQ και VCEQ.

Εδώ παρατηρούμε ότι το επίπεδο του VB είναι ίδιο με αυτό του ETh, όπως αξιολογήθηκε στο προηγούμενο παράδειγμα μας 4.7. Αυτό που σημαίνει βασικά είναι ότι η διαφορά μεταξύ της κατά προσέγγιση ανάλυσης και της ακριβούς ανάλυσης επηρεάζεται από το RTh, το οποίο είναι υπεύθυνο για το διαχωρισμό των ETh και VB στην ακριβή ανάλυση.

Προχωρώντας μπροστά,

Επόμενο παράδειγμα 4.9

Ας κάνουμε την ακριβή ανάλυση του Παραδείγματος 4.7 εάν το β μειωθεί σε 70 και ανακαλύψουμε τη διαφορά μεταξύ των λύσεων για ICQ και VCEQ.

Λύση
Αυτό το παράδειγμα δεν μπορεί να ληφθεί ως σύγκριση μεταξύ στρατηγικών ακριβείας έναντι κατά προσέγγιση, αλλά μόνο για τη δοκιμή του βαθμού στον οποίο το σημείο Q μπορεί να κινηθεί σε περίπτωση που το μέγεθος του β μειωθεί κατά 50%. Τα RTh και ETh δίνονται ως ίδια:

Η τακτοποίηση των αποτελεσμάτων σε μορφή πίνακα μας δίνει τα εξής:

Από τον παραπάνω πίνακα μπορούμε να καταλάβουμε ξεκάθαρα ότι το κύκλωμα είναι σχετικά μη ανταποκρινόμενο στην αλλαγή στα επίπεδα β. Παρά το γεγονός ότι το μέγεθος β έχει μειωθεί σημαντικά κατά 50%, από την τιμή των 140 σε 70, αν και οι τιμές των ICQ και VCEQ είναι βασικά οι ίδιες.

Επόμενο παράδειγμα 4.10

Αξιολογήστε τα επίπεδα του I CQ και V CEQ για το δίκτυο διαίρεσης τάσης όπως φαίνεται στο Σχ. 4.33 εφαρμόζοντας το ακριβής και κατά προσέγγιση προσεγγίσεις και συγκρίνετε τις προκύπτουσες λύσεις.

Στο παρόν σενάριο, οι όροι που δίνονται στην Εξ. (4.33) μπορεί να μην είναι ικανοποιημένοι, ωστόσο οι απαντήσεις μπορεί να μας βοηθήσουν να εντοπίσουμε τη διαφορά στη λύση με τις συνθήκες του Εξ. (4.33) δεν λαμβάνονται υπόψη.
Σχήμα 4.33 Διαχωριστικό τάσης δίκτυο για το Παράδειγμα 4.10.

Επίλυση χρησιμοποιώντας την ακριβή ανάλυση:

Επίλυση χρησιμοποιώντας κατά προσέγγιση ανάλυση:


Από τις παραπάνω αξιολογήσεις μπορούμε να δούμε τη διαφορά μεταξύ των αποτελεσμάτων που επιτεύχθηκαν από ακριβείς και κατά προσέγγιση μεθόδους.

Τα αποτελέσματα αποκαλύπτουν ότι εγώ CQ είναι περίπου 30% υψηλότερη για τη μέθοδο κατά προσέγγιση, ενώ το V CEQ είναι 10% χαμηλότερη. Αν και τα αποτελέσματα δεν είναι αρκετά πανομοιότυπα, λαμβάνοντας υπόψη το γεγονός ότι το βRE είναι μόλις 3 φορές μεγαλύτερο από το R2, τα αποτελέσματα στην πραγματικότητα δεν διαχωρίζονται πολύ.

Τούτου λεχθέντος, για τη μελλοντική μας ανάλυση θα βασίζουμε κατά κύριο λόγο στην Εξ. (4.33) για τη διασφάλιση της μέγιστης ομοιότητας μεταξύ των δύο αναλύσεων.