במילים פשוטות, הטיה ב BJTs יכולה להיות מוגדרת כתהליך בו BJT מופעל או מופעל על ידי החלת גודל DC קטן יותר על פני מסופי הבסיס / פולט, כך שהוא מסוגל להוביל גודל DC יחסית גדול יותר על פני מסופי פולט האספנים שלה.

העבודה של טרנזיסטור דו קוטבי או BJT ברמות DC נשלטת על ידי כמה גורמים, הכוללים מגוון של נקודות הפעלה על מאפייני המכשירים.

תחת סעיף 4.2 המוסבר במאמר זה נבדוק את הפרטים לגבי טווח זה של נקודות הפעלה למגברי BJT. לאחר חישוב ספקי ה- DC שצוינו, ניתן ליצור תכנון מעגל לקביעת נקודת ההפעלה הנדרשת.

מגוון תצורות כאלה נבחנות במסגרת מאמר זה. בנוסף, כל מודל שנדון יזהה את יציבות הגישה, כלומר עד כמה המערכת יכולה להיות רגישה לפרמטר נתון.

למרות שרשתות רבות נבחנות במסגרת סעיף זה, יש להן דמיון מהותי אחד בין ההערכות של כל תצורה, בגלל השימוש החוזר הבא במערכת היחסים הבסיסית החשובה:

ברוב הסיטואציות IB הנוכחי הבסיסי במקרה הוא הכמות הראשונה שצריך לבסס. לאחר זיהוי IB, מערכות היחסים של Eqs. (4.1) דרך (4.3) יכול להיות מיושם כדי להשיג את שאר הכמויות המדוברות.

“מערכות scada מיושמות בדרך כלל באמצעות איזה מהמרכיבים הבאים ”

הדמיון בהערכות יופיע במהירות כאשר אנו מתקדמים עם הסעיפים הבאים.

המשוואות ל- IB כל כך זהות עבור רבים מהעיצובים שניתן היה לגזור נוסחה אחת מהשנייה על ידי פשוט הסרה או הכנסת אלמנט או שניים.

המטרה העיקרית של פרק זה היא לבסס מידת הבנה של טרנזיסטור BJT שיאפשר לך ליישם ניתוח DC של כמעט כל מעגל שיש בו מגבר BJT כאלמנט.

4.2 נקודת הפעלה

המילה הטיה הופעה בכותרת מאמר זה היא מונח מעמיק המסמל יישום מתח DC, וקביעת רמה קבועה של זרם ומתח ב- BJT.

עבור מגברי BJT זרם המתח המתח וכתוצאה מכך יוצרים נקודת הפעלה על המאפיינים הקובעים את האזור שהופך לאידיאלי להגברה הנדרשת של האות המופעל. מכיוון שנקודת ההפעלה היא נקודה קבועה מראש על המאפיינים, ניתן לכנות אותה גם כנקודה שקטה (בקיצור נקודת Q).

'שקט' מעצם הגדרתו מסמל שתיקה, שקט, בישיבה. איור 4.1 מדגים מאפיין פלט סטנדרטי של BJT בעל 4 נקודות הפעלה . ניתן לפתח את מעגל ההטיה כדי לבסס את ה- BJT על פני אחת הנקודות הללו או אחרות באזור הפעיל.

הדירוגים המקסימליים צוינו על המאפיינים של איור 4.1 דרך קו אופקי עבור ICmax הנוכחי של הקולטן וקו מאונך על מתח ה- VCEmax הגבוה ביותר לקולט.

מגבלת הכוח המרבית מזוהה מעקומת PCmax באותה דמות. בקצה התחתון של הגרף אנו יכולים לראות את אזור הניתוק, המזוהה על ידי IB ≤ 0μ, ואת אזור הרוויה, המזוהה על ידי VCE ≤ VCEsat.

ייתכן ויחידת ה- BJT תהיה מוטה מחוץ למגבלות המרביות המצוינות הללו, אך התוצאה של תהליך כזה תביא להידרדרות משמעותית בחיי המכשיר או להתמוטטות מוחלטת של המכשיר.

הגבלת הערכים בין האזור הפעיל שצוין, ניתן לבחור מגוון של אזורי הפעלה או נקודות . נקודת Q שנבחרה תלויה בדרך כלל במפרט המיועד של המעגל.

עם זאת, אנו בהחלט יכולים לקחת בחשבון כמה הבחנות בין מספר הנקודות המוצגות באיור 4.1 כדי לספק כמה המלצות בסיסיות בנוגע ל נקודת הפעלה , ולכן, מעגל ההטיה.

אם לא הוחל הטיה, ההתקן בהתחלה יישאר כבוי לחלוטין וגורם לנקודת Q להיות A - כלומר אפס זרם דרך המכשיר (ו 0V לרוחב זה). מכיוון שחיוני להטות BJT כדי לאפשר לו להגיב לטווח המלא של אות קלט נתון, ייתכן שנקודה A לא תיראה מתאימה.

עבור נקודה B, כאשר אות מחובר למעגל, המכשיר יראה שונות בזרם ובמתח דרך ה- נקודת הפעלה , המאפשר למכשיר להגיב (ואולי להגביר) את היישומים החיוביים והשליליים של אות הקלט.

כאשר אות הקלט משמש בצורה אופטימלית, המתח והזרם של ה- BJT ישתנו ככל הנראה ..... אולם יתכן ולא יספיקו להפעלת המכשיר לניתוק או רוויה.

נקודה C עשויה לעזור לסטייה חיובית ושלילית מסוימת של אות הפלט, אך גודל השיא-לשיא עשוי להיות מוגבל לקרבה של VCE = 0V / IC = 0 mA.

עבודה בנקודה C עשויה גם היא לגרום לדאגה מועטה בכל הקשור לא-ליניאריות בגלל העובדה שהפער בין עקומות IB עשוי להשתנות במהירות באזור זה.

באופן כללי, עדיף בהרבה להפעיל את המכשיר בו הרווח של המכשיר הוא עקבי למדי (או ליניארי), כדי להבטיח שההגברה בתנופה הכוללת של אות הקלט תישאר אחידה.

נקודה B היא אזור המציג רווחים ליניאריים גבוהים יותר ומסיבה זו פעילות לינארית גדולה יותר, כמצוין באיור 4.1.

נקודה D מקימה את המכשיר נקודת הפעלה קרוב לרמות המתח וההספק הגבוהות ביותר. תנודת מתח המוצא בגבול החיובי מוגבלת אם כן כאשר לא אמורים לחרוג מהמתח המרבי.

נקודה B כתוצאה נראית מושלמת נקודת הפעלה ביחס לרווח ליניארי ולווריאציות המתח והזרם הגדולות ביותר האפשריות.

נתאר זאת באופן אידיאלי עבור מגברים עם אותות קטנים (פרק 8) עם זאת, לא תמיד עבור מגברי כוח, .... נדבר על כך בהמשך.

במסגרת שיח זה אתמקד בעיקר בהטיית הטרנזיסטור בכל הקשור לתפקוד הגברה של אותות קטנים.

“מתג מצב אספקת חשמל ic ”

יש עוד גורם משפיע מאוד מכריע שיש לבדוק. לאחר שקבענו והטיתי את ה- BJT באידיאל נקודת הפעלה יש גם להעריך את השפעות הטמפרטורה.

טווח חום יגרום לסטיית גבולות המכשיר כמו הרווח הנוכחי של הטרנזיסטור (ac) וזרם הדליפה של הטרנזיסטור (ICEO). טווחי טמפרטורה מוגברים יגרמו לזרמי דליפה גדולים יותר ב- BJT, וכך ישתנו את מפרט ההפעלה שנקבע על ידי רשת ההטייה.

זה מרמז כי דפוס הרשת צריך גם להקל על יציבות טמפרטורה כדי להבטיח שההשפעות על שינויים בטמפרטורה יהיו עם שינויים מינימליים נקודת הפעלה . ניתן לקבוע שמירה על נקודת ההפעלה עם מקדם יציבות, S, המסמל את רמת הסטיות בנקודת ההפעלה הנגרמת על ידי שינוי טמפרטורה.

מומלץ להשתמש במעגל מיוצב בצורה מיטבית, והתכונה היציבה של כמה מעגלי הטיה חיוניים תוערך כאן. כדי שה- BJT יהיה מוטה באזור הפעלה ליניארי או יעיל, יש לעמוד בנקודות הנתונות להלן:

1. צומת פולט הבסיס צריך להיות מוטה קדימה (מתח p- אזור חיובי מאוד), ומאפשר מתח הטיה קדימה של סביב 0.6 עד 0.7 V.

2. צומת אספן הבסיס צריך להיות מוטה לאחור (אזור n חיובי מאוד), כאשר מתח ההטיה ההפוך נשאר בערך כלשהו בגבולות המקסימליים של ה- BJT.

[זכרו כי להטיה קדימה המתח על פני צומת ה- p-n יהיה עמ ' -חיובי, ולהטיה הפוכה הוא הפוך שיש נ -חִיוּבִי. התמקדות זו באות הראשונה אמורה לתת לך דרך לזכור בקלות את קוטבי המתח החיוני.]

הפעולה באזורים המנותקים, הרוויה והליניאריים של מאפיין ה- BJT מוצגים בדרך כלל כמוסבר להלן:

1. פעולה באזור ליניארי:

צומת בסיס פולט בסיס קדימה מוטה

צומת אספן בסיס מוטה הפוכה

שתיים. פעולת אזור ניתוק:

צומת פולט בסיס בסיס מוטה הפוך

3. פעולת אזור הרוויה:

צומת בסיס פולט בסיס קדימה מוטה

צומת בסיס אספן קדימה מוטה

4.3 מעגל קבוע-ביאס

המעגל עם הטיה קבועה באיור 4.2 מתוכנן עם סקירה די פשוטה ולא פשוטה של ניתוח ההטיה של טרנזיסטור DC.

למרות שהרשת מיישמת טרנזיסטור NPN, הנוסחאות והחישובים יכולים לעבוד בצורה יעילה באותה מידה עם הגדרת טרנזיסטור PNP פשוט על ידי הגדרת תצורה מחדש של נתיבי הזרימה הנוכחיים וקוטבי המתח.

כיווני הזרם באיור 4.2 הם כיווני הזרם האמיתיים, והמתחים מזוהים על ידי ההערות האוניברסליות של הכיתוב.

לצורך ניתוח ה- DC ניתן להפריד בין העיצוב לרמות ה- AC שהוזכרו פשוט על ידי החלפת הקבלים במקביל למעגל פתוח.

יתר על כן, אספקת ה- DC של VCC יכולה להיות מפוצלת לכמה ספקים נפרדים (רק לביצוע ההערכה) כפי שהוכח באיור 4.3 רק כדי לאפשר פירוק מעגלי קלט ופלט.

מה שזה עושה הוא למזער את הקשר בין השניים עם IB הנוכחי הבסיסי. הפרידה היא לגיטימית ללא עוררין, כפי שמוצג באיור 4.3 כאשר VCC מחובר ישר ל- RB ו- RC בדיוק כמו באיור 4.2.

הטיה קדימה של בסיס – פולט

בואו ננתח תחילה את לולאת מעגל פולט הבסיס המוצגת לעיל באיור 4.4. אם אנו מיישמים את משוואת המתח של קירכהוף בכיוון השעון של הלולאה, נגזור את המשוואה הבאה:

אנו יכולים לראות כי הקוטביות של ירידת המתח על פני RB נקבעת דרך כיוון ה- IB הנוכחי. פתרון המשוואה עבור ה- IB הנוכחי מספק לנו את התוצאה הבאה:

משוואה (4.4)

משוואה (4.4) היא בהחלט משוואה שניתנת לשינון בקלות, פשוט על ידי זכירה שזרם הבסיס כאן הופך לזרם העובר דרך RB, ועל ידי יישום חוק אוהם לפיו זרם שווה למתח על פני RB חלקי ההתנגדות RB .

המתח על פני RB הוא המתח המופעל VCC בקצה אחד פחות הירידה על פני צומת הבסיס לפולט (VBE).
כמו כן, בשל העובדה כי אספקת VCC ומתח פולט הבסיס VBE הם כמויות קבועות, הבחירה בנגד RB בבסיס קובעת את כמות זרם הבסיס לרמת המיתוג.

לולאה אספן – פולט

באיור 4.5 מוצג שלב מעגל פולט האספנים, בו הוצג כיוון ה- IC הנוכחי והקוטביות המתאימה לרוחב RC.
ניתן לראות את ערך זרם האספן קשור ישירות ל- IB באמצעות המשוואה:

משוואה (4.5)

יתכן שתמצא מעניין לראות מכיוון שזרם הבסיס תלוי בכמויות RB ו- IC מקושר עם IB דרך β קבוע, גודל ה- IC אינו פונקציה של ההתנגדות RC.

התאמת RC לערך אחר לא תניב שום השפעה על רמת IB או אפילו IC, כל עוד האזור הפעיל של ה- BJT נשמר.
עם זאת, תגלה כי גודל ה- VCE נקבע על ידי רמת ה- RC, וזה עשוי להיות דבר מכריע שיש לקחת בחשבון.

אם אנו משתמשים בחוק המתח של קירכהוף בכיוון השעון על פני הלולאה הסגורה המוצגת באיור 4.5, הוא מייצר את שתי המשוואות הבאות:

משוואה (4.6)

זה מצביע על כך שהמתח על פני פולט הקולט של ה- BJT בתוך מעגל הטיה קבוע הוא מתח האספקה השווה לירידה שנוצרה על פני RC
כדי לקבל מבט מהיר על סימון מנוי יחיד וכפול, זכור כי:

VCE = VC - VE -------- (4.7)

כאשר VCE מציין את המתח הזורם מקולט לפולט, VC ו- VE הם המתחים העוברים מקולט ופולט לכיוון הקרקע בהתאמה. אבל הנה, מאז VE = 0 V, יש לנו

VCE = VC -------- (4.8)
גם בגלל שיש לנו,
VBE = VB - AND -------- (4.9)
ומכיוון ש- VE = 0, סוף סוף נקבל:
VBE = VB -------- (4.10)

זכור את הנקודות הבאות:

בעת מדידת רמות המתח כמו VCE, הקפד לשים את החללית האדומה של מד המתח על סיכת הקולט ואת החללית השחורה על סיכת הפולט כפי שמוצג באיור הבא.