בחלק זה ננתח את תצורת הבסיס המשותף של BJT ונלמד לגבי מאפייני נקודת הנהיגה שלה, זרם הרוויה ההפוך, מתח בסיס לפולט ולהעריך את הפרמטרים באמצעות דוגמה מעשית. בחלקים המאוחרים ננתח גם כיצד להגדיר מעגל מגבר בסיסי משותף

מבוא

הסמלים וההערות המשמשים לייצוג תצורת בסיס משותף טרנזיסטור ברוב
הספרים והמדריכים המודפסים בימינו יכולים להיות עדים באיור המוצג להלן. איור 3.6 זה עשוי להיות נכון גם עבור טרנזיסטורי pnp וגם npn.

איור 3.6

3.4 מהי תצורת בסיס משותף

המונח 'בסיס משותף' נובע מכך שכאן הבסיס משותף לשלבי הקלט והפלט של ההסדר.

יתר על כן, הבסיס הופך בדרך כלל לטרמינל הקרוב לפוטנציאל הקרקע או בקרבתו.

במהלך שיחתנו כאן, כל כיווני הזרם (אמפר) ייקחו ביחס לכיוון הזרימה הקונבנציונלי (חור) ולא לכיוון זרימת האלקטרונים.

בחירה זו הוחלט בעיקר מתוך חשש שכמות המסמכים הגדולה המוצעת בארגונים אקדמיים ומסחריים מיישמת את הזרימה המקובלת, והחצים בכל ייצוג אלקטרוני הם בעלי דרך המזוהה עם האמנה הספציפית הזו.

לכל טרנזיסטור דו קוטבי:

סימן החץ בסמל הגרפי מתאר את כיוון הזרימה של זרם הפולט (הזרימה המקובלת) על פני הטרנזיסטור.

כל אחד מהכיוונים הנוכחיים (Amp) המופיעים באיור 3.6 הם הכיוונים האמיתיים המאופיינים בבחירת הזרימה המקובלת. שימו לב בכל מקרה ש- IE = IC + IB.

שים לב בנוסף כי ההטייה (מקורות המתח) המיושמים נועדה במיוחד כדי לוודא את הזרם בכיוון שצוין עבור כל אחד מהערוצים. משמע, השווה את כיוון ה- IE עם הקוטביות או ה- VEE לכל תצורה, והשווה גם את כיוון ה- IC עם הקוטביות של VCC.

כדי להמחיש באופן מקיף את פעולותיה של יחידה תלת-סופית, למשל ה- מגברים בסיסיים משותפים באיור 3.6, דורש 2 קבוצות של מאפיינים - אחד עבור ה- נקודת נהיגה או גורמי קלט והשני עבור תְפוּקָה סָעִיף.

ערכת הקלט עבור מגבר הבסיס המשותף כפי שמוצג באיור 3.7 מחיל זרם כניסה (IE) על כניסה
מתח (VBE) למגוון טווחי מתח יציאה (VCB).

ה סט פלט מפעיל זרם יציאה (IC) עבור מתח יציאה (VCB) למגוון טווחי זרם כניסה (IE) כפי שמוצג באיור 3.8. לפלט, או לקבוצת מאפייני הקולטנים, 3 אלמנטים יסודיים של עניין, כפי שצוין באיור 3.8: האזורים הפעילים, המנותקים והרוויה . האזור הפעיל יהיה האזור שימושי בדרך כלל למגברים ליניאריים (לא מעוותים). באופן ספציפי:

בתוך האזור הפעיל צומת אספן-בסיס תהיה מוטה הפוכה, ואילו צומת פולט הבסיס מוטה קדימה.

האזור הפעיל מאופיין בתצורות הטיה כפי שמצוין באיור 3.6. בקצה התחתון של האזור הפעיל זרם הפולט (IE) יהיה אפס, זרם הקולט נמצא במצב זה פשוט כתוצאה מ- ICO זרם רוויה הפוך, כפי שמודגם באיור 3.8.

ה- ICO הנוכחי הוא כל כך זניח (מיקרו-אמפר) במימדו בהשוואה לסולם האנכי של IC (מיליאמפר) עד שהוא מציג את עצמו כמעט באותו קו אופקי כמו IC = 0.

את שיקולי המעגל הקיימים כאשר IE = 0 להגדרת הבסיס המשותף ניתן לראות באיור 3.9. ההערה המופעלת לרוב עבור ICO בגליונות נתונים וגליונות מפרט היא כפי שצוין באיור 3.9, ICBO. בשל שיטות תכנון מעולות, מידת ה- ICBO עבור טרנזיסטורים למטרות כלליות (במיוחד סיליקון) בתחום הנמוך והאמצע היא בדרך כלל כה מזערית עד שאפשר להתעלם מהשפעתה.

עם זאת, עבור מכשירי חשמל גדולים יותר ICBO עשוי להמשיך ולהופיע בטווח המיקרו-אמפר. יתר על כן, זכור כי ICBO, בדיוק כמו האם במקרה של דיודות (שניהם זרמי דליפה הפוכה) עלולים להיות פגיעים לשינויים בטמפרטורה.

בטמפרטורות מוגברות ההשפעה של ICBO עשויה להיות היבט מכריע מכיוון שהוא יכול לעלות במהירות משמעותית בתגובה לגובה הטמפרטורה.

שים לב באיור 3.8 כאשר זרם הפולט עולה מעל אפס, זרם הקולט עולה לרמה המקבילה בעיקר לזו של זרם הפולט כפי שנקבע על ידי יחסי הטרנזיסטור-זרם הבסיסיים.

שימו לב גם כי יש השפעה די יעילה של VCB על זרם האספן באזור הפעיל. הצורות המעוקלות מגלות ככל הנראה כי ניתן להציג הערכה ראשונית ליחס בין IE ו- IC באזור הפעיל כ:

כפי שמוסבר מכותרתו עצמה, אזור הניתוק מובן כמיקום שבו זרם הקולט הוא 0 A, כפי שנחשף באיור 3.8. יתר על כן:

באזור המנותק צומת בסיס הקולט ופולט הבסיס של טרנזיסטור נוטים להיות במצב מוטה הפוכה.

אזור הרוויה מזוהה כקטע זה של המאפיינים בצד שמאל של VCB = 0 V. הסולם האופקי באזור זה הוגדל כדי לחשוף באופן מובהק את השיפורים המדהימים שנעשו בתכונות באזור זה. שימו לב לעלייה האקספוננציאלית בזרם הקולט בתגובה לעלייה במתח VCB לכיוון 0 וולט.

ניתן לראות את צמתים אספן-בסיס ופולט-בסיס כהטייה קדימה באזור הרוויה.

מאפייני הקלט באיור 3.7 מראים לך כי בכל גודל המתח שנקבע מראש של מתח אספן (VCB), זרם הפולט עולה באופן כזה שעשוי להיות דומה מאוד לזה של מאפייני הדיודה.

למעשה, ההשפעה של עליית VCB נוטה להיות כה מזערית על המאפיינים, עד כי לכל הערכה ראשונית ניתן להתעלם מההבדל הנגרם על ידי שינויים ב- VCB, וניתן לייצג את המאפיינים כפי שמוצג באיור 3.10 א להלן.

אם נשתמש אפוא בטכניקה ליניארית חלקית, זה ייצור את המאפיינים כפי שנחשפו באיור 3.10b.

העלאת מפלס זה למעלה, והתעלמות משיפוע העקומה וכתוצאה מכך ההתנגדות הנוצרת עקב צומת מוטה קדימה תוביל למאפיינים כפי שמוצגים באיור 3.10 ג.

עבור כל החקירות העתידיות שיידונו באתר זה, התכנון המקביל של איור 3.10c יופעל עבור כל הערכות ה- DC של מעגלי הטרנזיסטור. כלומר, בכל פעם ש- BJT נמצא במצב 'מוליך', מתח הבסיס לפולט יחשב כמתבטא במשוואה הבאה: VBE = 0.7 V (3.4).

אם לומר זאת אחרת, השפעת השינויים בערך ה- VCB יחד עם שיפוע מאפייני הקלט נוטה להתעלם מכיוון שאנו מתאמצים להעריך תצורות BJT באופן שיעזור לנו להשיג קירוב אופטימלי לכיוון תגובה ממשית, מבלי לערב יותר מדי פרמטר שעשוי להיות בעל פחות משמעות.

איור 3.10

כולנו צריכים למעשה להעריך היטב את הקביעה המתבטאת במאפיינים לעיל באיור 3.10 ג. הם מגדירים כי כאשר הטרנזיסטור במצב 'פועל' או פעיל, המתח העובר מבסיס לפולט עומד על 0.7 וולט לכל כמות של זרם פולט כמוסדרת על ידי רשת המעגלים החיצונית המשויכת.

ליתר דיוק, עבור כל ניסוי ראשוני במעגל BJT בתצורת ה- DC, המשתמש יכול כעת להגדיר במהירות שהמתח דרך הבסיס לפולט הוא 0.7 וולט בזמן שהמכשיר נמצא באזור הפעיל - זה יכול להיחשב כמאוד קיצוני. שורה תחתונה מכריעה לכל ניתוח ה- dc שיידון במאמרים הקרובים שלנו ..

פתרון דוגמה מעשית (3.1)

בסעיפים לעיל למדנו מהי תצורה בסיסית משותפת לגבי הקשר בין זרם הבסיס I ג וזרם פולט אני IS של BJT בסעיף 3.4. בהתייחס למאמר זה אנו יכולים כעת לעצב תצורה שתאפשר ל- BJT להגביר את הזרם, כפי שמוצג באיור 3.12 להלן של מעגל המגברים הבסיסי.

אך לפני שנבדוק זאת, חשוב לנו ללמוד מה זה אלפא (α).

אלפא (א)

בתצורת BJT בסיסית משותפת במצב dc, בגלל ההשפעה של מובילי הרוב, אני הנוכחי ג ואני IS ליצור קשר המתבטא בכמות האלפא, ומוצג כ:

א זֶרֶם יָשָׁר = אני ג / אני IS -------------------- (3.5)

איפה אני ג ואני IS הם הרמות הנוכחיות ב נקודת פעולה . למרות שהמאפיין לעיל מזהה כי α = 1, במכשירים ובניסויים אמיתיים כמות זו יכולה להיות בכל מקום סביב 0.9 עד 0.99, וברוב המקרים זה יתקרב לערך המרבי של הטווח.

בשל העובדה שכאן אלפא מוגדרת במיוחד עבור נושאי הרוב, ה- שווה 3.2 שלמדנו ב פרקים קודמים עכשיו אפשר לכתוב כ:

בהתייחס ל מאפיין בגרף איור 3.8 , כשאני IS = 0 mA, אני ג ערך הופך כתוצאה מכך = אני CBO.

עם זאת, מדיונינו הקודמים אנו יודעים שרמת אני CBO הוא לעתים קרובות מינימלי, ולכן הוא הופך להיות כמעט בלתי מזוהה בגרף של 3.8.

כלומר, בכל פעם שאני IS = 0 mA בגרף הנ'ל, I ג הופך גם ל- 0 mA עבור ה- V CB טווח ערכים.

כאשר אנו רואים אות AC, שבו נקודת הפעולה עוברת על העקומה האופיינית, ניתן לכתוב אלפא ac כ:

ישנם כמה שמות רשמיים שניתנים ל- ac alpha שהם: בסיס משותף, גורם הגברה, קצר חשמלי. הסיבות לשמות אלה יתבררו יותר בפרקים הקרובים תוך הערכת מעגלים מקבילים של BJT.

בנקודה זו אנו יכולים למצוא כי שווי 3.7 לעיל מאשר כי וריאציה צנועה יחסית בזרם הקולט מתחלקת לשינוי שהתקבל ב- I IS , בעוד שהאספן לבסיס נמצא בעוצמה קבועה.

בתנאי הרוב, הכמות של א ו ו א זֶרֶם יָשָׁר כמעט שווים ומאפשרים חילופי גודל ביניהם.

מגבר בסיסי משותף

פעולת הגברה מתח בסיסית של תצורת הבסיס המשותף.

הטיית ה- DC אינה מוצגת באיור לעיל מכיוון שכוונתנו בפועל היא לנתח את תגובת ה- AC בלבד.

כפי שלמדנו בפוסטים הקודמים שלנו לגבי תצורת בסיס משותף , התנגדות זרם הכניסה כמצוין באיור 3.7 נראית מינימלית למדי ומשתנה בדרך כלל בטווח של 10 ו -100 אוהם. בעוד שבאותו פרק ראינו גם באיור 3.8 התנגדות הפלט ברשת בסיסית משותפת נראית גבוהה באופן משמעותי, אשר עשויה להשתנות בדרך כלל בטווח של 50 עד 1 מיליון אוהם.

ההבדלים הללו בערכי ההתנגדות הם בעצם בגלל הצומת המוטה קדימה המופיע בצד הקלט (בין בסיס לפולט), והצומת המוטה לאחור המופיע בצד הפלט בין הבסיס לקולט.

על ידי יישום ערך אופייני של נגיד 20 אוהם (כפי שמוצג באיור לעיל) עבור התנגדות הקלט, ו- 200mV עבור מתח הכניסה, אנו יכולים להעריך את רמת הגברה או טווח בצד הפלט באמצעות הדוגמה הבאה שנפתרה:

לפיכך, ניתן למצוא את הגברת המתח ביציאה על ידי פתרון המשוואה הבאה:

זהו ערך הגברה של מתח אופייני לכל מעגל BJT משותף שעשוי להשתנות בין 50 ל -300. עבור רשת כזו, ההגברה הנוכחית IC / IE תמיד נמוכה מ -1, מכיוון ש IC = alphaIE, ואלפא הוא תמיד פחות מ 1.