הטיה של מחלקי מתח במעגלי BJT - יציבות רבה יותר ללא גורם בטא

הטיית המסופים של טרנזיסטור דו קוטבי באמצעות רשת מחיצות התנגדות מחושבת להבטחת ביצועים אופטימליים ותגובת מיתוג נקראת הטיית מחלק מתח.

בתוך ה עיצובי הטיה קודמים שלמדנו את ההטיה הנוכחית אני CQ ומתח V. CEQ היו פונקציה של הרווח הנוכחי (β) של ה- BJT.

אבל, כידוע ש- β יכול להיות פגיע לשינויים בטמפרטורה, במיוחד עבור טרנזיסטורי סיליקון, ולעתים קרובות גם הערך האמיתי של בטא אינו מזוהה כראוי, יכול להיות מומלץ לפתח הטיה של מחלק מתח במעגל BJT שעשוי להיות פחות. נוטה לטמפרטורות, או, פשוט ללא תלות ב- BJT בטא עצמה.

סידור הטיה של מפריד המתח באיור 4.25 יכול להיחשב לאחד מהתכנונים הללו.

כאשר נבדק עם בסיס מדויק הרגישות לשינויים בבטא נראית ממש צנועה. אם משתני המעגל עובדו כראוי, הרמות של אני CQ ו- V. CEQ יכול להיות כמעט עצמאי לחלוטין מבטא.

זכור מההסברים הקודמים כי נקודת Q מאופיינת ברמה קבועה של ICQ ו- VCEQ כפי שהודגם באיור 4.26.

מידת אני BQ יכול להשתנות בהתאם לריאציות בטא, אך נקודת ההפעלה סביב המאפיינים שזוהו על ידי I CQ ו- V. CEQ יכול להישאר ללא שינוי אם מוחלים הנחיות מעגל מתאימות.

כאמור לעיל, תוכלו למצוא כמה גישות בהן ניתן להשתמש כדי לחקור את הגדרת מחלק המתח.

הסיבה מאחורי בחירת השמות הספציפיים למעגל זה תתברר במהלך הניתוח שלנו, ותידון בפוסטים העתידיים.

הראשון הוא ה- טכניקה מדויקת שניתן לבצע בכל הגדרת מחלק מתח.

השנייה נקראת שיטה משוערת, ויישומו הופך להיות בר-ביצוע כאשר מגשימים גורמים מסוימים. ה גישה משוערת מאפשר ניתוח ישיר הרבה יותר במינימום מאמץ וזמן.

בנוסף זה יכול להיות מאוד שימושי ל'מצב העיצוב 'עליו נדבר בסעיפים המאוחרים יותר.
בסך הכל, מאז 'גישה משוערת' ניתן היה לעבוד עם מרבית התנאים וכך יש להעריך באותה רמת תשומת לב כמו 'שיטה מדויקת'.

ניתוח מדויק

בואו ללמוד כיצד השיטה של ניתוח מדויק ניתן ליישם באמצעות ההסבר הבא

בהתייחס לאיור הבא, ניתן לשכפל את צד הקלט של הרשת כמתואר באיור 4.27 לצורך ניתוח ה- DC.

ה מקביל לת'וונין רשת לעיצוב בצד שמאל של בסיס BJT B אז יכולה להיקבע באופן כפי שמוצג להלן:

RTh : נקודות אספקת הקלט מוחלפות בקצר קצר שווה ערך כפי שמוצג באיור 4.28 להלן.

ETh: מקור מתח האספקה ​​V. זֶרֶם יָשָׁר מוחל בחזרה על המעגל, ומתח התוונין במעגל הפתוח כפי שמופיע באיור 4.29 להלן מוערך כמפורט להלן:

ביישום כלל מחלק המתח אנו מגיעים למשוואה הבאה:

לאחר מכן, על ידי יצירת העיצוב של תובנין כפי שמודגם באיור 4.30, אנו מעריכים את אני BQ על ידי יישום תחילה של חוק המתח של קירכהוף בכיוון השעון עבור הלולאה:

ET - IBRTh - VBE - IERE = 0

כידוע IE = (β + 1) ב החלפתו בלולאה לעיל ופתרון עבור אני ב נותן:

משוואה. 4.30

במבט ראשון אתה עלול להרגיש שווה ערך. (4.30) נראה שונה לגמרי משאר המשוואות שפותחו עד כה, אולם מבט מקרוב יראה כי המונה הוא רק הבדל של שתי רמות וולט, בעוד שהמכנה הוא תוצאה של התנגדות בסיס + נגד פולט, המשתקף על ידי (β + 1) וללא ספק דומה מאוד ל- Eq. (4.17) ( לולאה של פולט בסיס )

לאחר חישוב IB באמצעות המשוואה לעיל, ניתן לזהות את שאר הגדלים בתכנון באותה שיטה כמו שעשינו עבור רשת ההטייה הפולטת, כמוצג להלן:

משוואה (4.31)

פתרון דוגמה מעשית (4.7)
חשב את מתח הטיה DC זֶה ואני הנוכחי ג ברשת מחלקי המתח המוצגים להלן איור 4.31

איור 4.31 מעגל מיוצב בטא לדוגמא 4.7.

ניתוח משוער

בחלק לעיל למדנו את 'השיטה המדויקת', כאן נדון ב'שיטה המשוערת 'לניתוח מחלק המתח של מעגל BJT.

אנו יכולים לצייר את שלב הקלט של רשת מחלקי מתח מבוססי BJT כפי שמוצג באיור 4.32 להלן.

ההתנגדות Ri עשויה להיחשב כמקבילה ההתנגדות בין בסיס לקו הקרקע של המעגל, ו- RE כנגד נגד הפולט לקרקע.

מהדיונים הקודמים שלנו [השוואה (4.18)] אנו יודעים כי ההתנגדות המועתקת או משתקפת בין בסיס / פולט של ה- BJT מתפרשת על ידי המשוואה Ri = (β + 1) RE.

אם ניקח בחשבון מצב בו Ri גדול בהרבה מההתנגדות R2, יביא ל- IB יחסית קטן מ- I2 (זכרו שהזרם תמיד מנסה למצוא ולעבור לכיוון ההתנגדות המינימאלית), וכך I2 יהפוך לשווה בערך ל- I1.

בהתחשב בערך המשוער של IB להיות בעצם אפס ביחס ל- I1 או I2, אז ניתן לראות ב- I1 = I2 ו- R1 ו- R2 כרכיבי סדרה.

איור 4.32 מעגל הטיה חלקית לחישוב מתח הבסיס המשוער V ב .

ניתן להעריך את המתח על פני R2, אשר במקור יהיה מתח הבסיס, כמוצג להלן, על ידי החלת רשת כלל מתחלקי המתח:

עכשיו מאז Ri = (β + 1) RE ≅ ב מִחָדָשׁ, התנאי המאשר אם ביצוע השיטה המקורבת אפשרי או לא נקבע על ידי המשוואה:

במילים פשוטות, אם הערך RE כפול הערך של β, הוא לא פחות מפי 10 מהערך של R2, אז אפשר יהיה ליישם את הניתוח המשוער בדיוק אופטימלי.

לאחר הערכת VB, ניתן לקבוע את גודל VE על ידי המשוואה:

בעוד שניתן לחשב את זרם הפולט על ידי יישום הנוסחה:

ניתן לזהות את המתח מהקולט לפולט באמצעות הנוסחה הבאה:

VCE = VCC - ICRC - IERE

אולם מאז IE ≅ IC, אנו מגיעים למשוואה הבאה:

יש לציין כי בסדרת החישובים שערכנו מ- Eq. (4.33) דרך שוויון (4.37) ,, לאלמנט β אין נוכחות בשום מקום ו- IB לא חושבה.

זה מרמז כי נקודת Q (כפי שנקבעה על ידי I CQ ו- V. CEQ ) כתוצאה מכך אינו תלוי בערך של β
דוגמה מעשית (4.8):

בואו נשתמש בניתוח על קודמותנו איור 4.31 , תוך שימוש בגישה משוערת, והשוואה בין פתרונות עבור ICQ ו- VCEQ.

כאן נצפה שרמת ה- VB זהה לזו של ETh, כפי שהוערכה בדוגמה הקודמת שלנו 4.7. המשמעות בעצם היא שההבדל בין הניתוח המשוער לניתוח המדויק מושפע מ- RTh, האחראי על הפרדת ה- ETh ו- VB בניתוח המדויק.

להתקדם,

דוגמא הבאה 4.9

בואו נבצע את הניתוח המדויק של דוגמה 4.7 אם ​​β יורד ל -70 ונגלה את ההבדל בין הפתרונות ל- ICQ ו- VCEQ.

פִּתָרוֹן
לא ניתן לקחת דוגמא זו כהשוואה בין אסטרטגיות מדויקות לעומת אסטרטגיות משוערות אלא רק לבדיקת המידה בה נקודת Q עשויה לנוע במקרה שגודל ה- β יפחת ב 50%. RTh ו- ETh ניתנים זהים:

סידור התוצאות בצורה טבלאית נותן לנו את הדברים הבאים:

מהטבלה לעיל אנו יכולים להבין בצורה ברורה כי המעגל אינו מגיב יחסית לשינוי ברמות β. למרות העובדה שגודל ה- β הצטמצם משמעותית ב -50%, מהערך של 140 ל- 70, אם כי הערכים של ICQ ו- VCEQ זהים בעצם.

דוגמא הבאה 4.10

הערך את הרמות של אני CQ ו- V. CEQ עבור רשת מחלקי המתח כפי שמוצג באיור 4.33 על ידי יישום ה- מְדוּיָק ו לְהִתְקַרֵב מתקרב ומשווה את הפתרונות המתקבלים.

בתרחיש הנוכחי, התנאים שניתנו בחיוב. (4.33) לא יכול להיות מרוצה, אולם התשובות עשויות לעזור לנו לזהות את ההבדל בפתרון עם התנאים של Eq. (4.33) לא נלקח בחשבון.
איור 4.33 מחלק מתח רשת לדוגמא 4.10.

פתרון באמצעות ניתוח מדויק:

פתרון באמצעות ניתוח משוער:


מההערכות שלעיל אנו יכולים לראות את ההבדל בין התוצאות שהושגו בשיטות מדויקות לבין השיטות המשוערות.

התוצאות מגלות שאני CQ גבוה בכ- 30% לשיטה המקורבת, בעוד ש- V CEQ נמוך ב -10%. למרות שהתוצאות אינן זהות לגמרי, בהתחשב בעובדה ש- βRE גדול פי 3 בלבד מ- R2, גם התוצאות אינן רחבות מדי.

אמר כי לצורך הניתוח העתידי שלנו אנו נשען בעיקר על המקבילה. (4.33) כדי להבטיח דמיון מרבי בין שני הניתוחים.