Проще говоря, смещение в BJT можно определить как процесс, в котором BJT активируется или включается путем приложения меньшего значения постоянного тока к его выводам базы / эмиттера, так что он может проводить относительно большую величину постоянного тока через его коллектор-эмиттерные выводы.

Работа биполярного транзистора или BJT на уровнях постоянного тока определяется несколькими факторами, в том числе рядом рабочие точки по характеристикам устройств.

В разделе 4.2, описанном в этой статье, мы проверим детали, касающиеся этого диапазона рабочие точки для усилителей BJT. Как только указанные источники постоянного тока рассчитаны, может быть создана схема для определения требуемой рабочей точки.

В этой статье рассматривается множество таких конфигураций. Каждая обсуждаемая модель будет дополнительно определять стабильность подхода, то есть, насколько точно система может быть чувствительной к заданному параметру.

Несмотря на то, что в этом разделе исследуются многочисленные сети, у них есть одно фундаментальное сходство между оценками каждой конфигурации из-за следующего повторного использования ключевой фундаментальной взаимосвязи:

В большинстве ситуаций базовый текущий IB оказывается самой первой величиной, которую необходимо установить. Как только IB идентифицирован, отношения Ур. (4.1) через (4.3) может быть реализовано для получения остальных рассматриваемых величин.

“для чего используется трансивер ”

Сходство в оценках станет очевидным по мере продвижения к следующим разделам.

Уравнения для IB настолько идентичны для многих проектов, что одну формулу можно вывести из другой, просто удалив или вставив один или два элемента.

Основная цель этой главы - определить степень понимания транзистора BJT, которая позволит вам выполнить анализ постоянного тока практически любой схемы, имеющей усилитель BJT в качестве элемента.

4.2 РАБОЧАЯ ТОЧКА

Слово смещение В названии этой статьи появляется подробный термин, который означает реализацию постоянного напряжения и определяет фиксированный уровень тока и напряжения в BJT.

Для усилителей BJT результирующий постоянный ток и напряжение создают рабочая точка от характеристик, которые определяют область, которая становится идеальной для необходимого усиления подаваемого сигнала. Поскольку рабочая точка оказывается заранее определенной точкой в характеристиках, ее также можно назвать точкой покоя (сокращенно Q-точка).

«Спокойный» по определению означает тишину, неподвижность, сидячий образ жизни. Рисунок 4.1 демонстрирует стандартную выходную характеристику BJT с 4 рабочие точки . Схема смещения может быть разработана для установления BJT через одну из этих точек или другие точки внутри активной области.

Максимальные номинальные значения указаны на характеристиках рис. 4.1 посредством горизонтальной линии для максимального тока коллектора ICmax и перпендикулярной линии для самого высокого напряжения между коллектором и эмиттером VCEmax.

Максимальное ограничение мощности определяется кривой PCmax на том же рисунке. В нижнем конце графика мы можем видеть область отсечки, обозначенную IB ≤ 0μ, и область насыщения, обозначенную VCE ≤ VCEsat.

Блок BJT может быть смещен за пределы указанных максимальных пределов, но последствия такого процесса могут привести к значительному сокращению срока службы устройства или к полному выходу устройства из строя.

Ограничивая значения между указанной активной областью, можно выбрать множество рабочие области или точки . Выбранная точка Q обычно зависит от предполагаемой спецификации схемы.

Тем не менее, мы, безусловно, можем принять во внимание некоторые различия в количестве точек, показанных на рис. 4.1, чтобы дать несколько фундаментальных рекомендаций относительно рабочая точка , а значит, и цепь смещения.

Если бы смещение не применялось, устройство сначала оставалось бы полностью выключенным, в результате чего точка Q находилась в точке A, то есть нулевой ток через устройство (и 0 В на нем). Поскольку очень важно смещать BJT, чтобы он мог реагировать на весь диапазон данного входного сигнала, точка A может выглядеть неуместно.

Для точки B, когда сигнал подключен к цепи, устройство покажет изменение тока и напряжения через рабочая точка , позволяя устройству реагировать (и, возможно, усиливать) как положительные, так и отрицательные приложения входного сигнала.

Когда входной сигнал используется оптимально, напряжение и ток BJT, вероятно, изменятся ... однако этого может быть недостаточно для активации устройства в режим отсечки или насыщения.

Точка C может способствовать определенному положительному и отрицательному отклонению выходного сигнала, но размах амплитуды может быть ограничен близостью VCE = 0 В / IC = 0 мА.

Работа в точке C также может вызвать небольшое беспокойство относительно нелинейностей из-за того факта, что зазор между кривыми IB может быстро изменяться в этой конкретной области.

Вообще говоря, гораздо лучше работать с устройством, в котором коэффициент усиления устройства довольно постоянный (или линейный), чтобы гарантировать, что усиление общего колебания входного сигнала остается равномерным.

Точка B представляет собой область с более высоким линейным расстоянием и по этой причине большей линейной активностью, как показано на рис. 4.1.

Точка D устанавливает устройство рабочая точка близкие к самым высоким уровням напряжения и мощности. Таким образом, колебание выходного напряжения на положительном пределе ограничивается, когда не предполагается превышение максимального напряжения.

Точка Б в результате выглядит идеально рабочая точка что касается линейного усиления и максимально возможных колебаний напряжения и тока.

Мы опишем это в идеале для усилителей слабого сигнала (глава 8), однако не всегда для усилителей мощности ... мы поговорим об этом позже.

В рамках этого дискурса я сосредоточусь в основном на смещении транзистора в отношении функции усиления слабого сигнала.

Есть еще один чрезвычайно важный фактор смещения, на который необходимо обратить внимание. Определив и настроив БЮТ идеальным рабочая точка следует также оценить влияние температуры.

Диапазон нагрева приведет к отклонению границ устройства, таких как усиление тока транзистора (ac) и ток утечки транзистора (ICEO). Увеличение температурных диапазонов вызовет большие токи утечки в BJT и, таким образом, изменит рабочие характеристики, установленные цепью смещения.

“как программировать микроконтроллер pic ”

Это означает, что структура сети также должна обеспечивать определенный уровень температурной стабильности, чтобы гарантировать, что влияние колебаний температуры будет с минимальными сдвигами в рабочая точка . Это поддержание рабочей точки может быть обусловлено коэффициентом стабильности S, который означает уровень отклонений рабочей точки, вызванных изменением температуры.

Рекомендуется использовать оптимально стабилизированную схему, и здесь будет оцениваться стабильность нескольких основных схем смещения. Для смещения BJT внутри линейной или эффективной рабочей области должны выполняться следующие условия:

1. Переход база-эмиттер должен иметь прямое смещение (напряжение p-области строго положительно), обеспечивая напряжение прямого смещения от 0,6 до 0,7 В.

2. Переход база-коллектор должен иметь обратное смещение (n-область сильно положительна), при этом напряжение обратного смещения должно оставаться на некотором значении в максимальных пределах BJT.

[Помните, что для прямого смещения напряжение на p-n переходе будет п -положительный, а для обратного смещения обратный п -положительный. Сосредоточение внимания на первой букве должно дать вам возможность легко запомнить важную полярность напряжения.]

Работа в областях отсечки, насыщения и линейности характеристики BJT обычно описывается следующим образом:

1. Операция с линейной областью:

Переход база-эмиттер смещен вперед

Обратно-смещенный переход база-коллектор

2. Работа в области отсечения:

Обратно смещенный переход база-эмиттер

3. Работа в области насыщенности:

Переход база-эмиттер смещен вперед

Переход база-коллектор смещен вперед

4.3 ЦЕПЬ ФИКСИРОВАННОГО СМЕЩЕНИЯ

Схема с фиксированным смещением, показанная на рис. 4.2, разработана с учетом довольно простого и несложного обзора анализа транзисторного смещения постоянного тока.

Хотя в сети реализован NPN-транзистор, формулы и вычисления могут одинаково эффективно работать с конфигурацией PNP-транзистора, просто перенастроив пути прохождения тока и полярности напряжения.

Направления тока на рис. 4.2 являются истинными направлениями тока, а напряжения обозначены универсальными аннотациями с двойным индексом.

Для анализа постоянного тока конструкция может быть отделена от упомянутых уровней переменного тока простой заменой конденсаторов на эквивалент разомкнутой цепи.

Более того, источник постоянного тока VCC может быть разделен на пару отдельных источников (только для проведения оценки), как показано на рис. 4.3, только для того, чтобы обеспечить разделение входных и выходных цепей.

Это минимизирует связь между ними с базовым текущим IB. Разделение, несомненно, законно, как показано на рис. 4.3, где VCC подключается прямо к RB и RC, как показано на рис. 4.2.

Прямое смещение базы-эмиттера

Давайте сначала проанализируем петлю цепи база-эмиттер, показанную выше на рис. 4.4. Если мы реализуем уравнение напряжения Кирхгофа по часовой стрелке для контура, мы получим следующее уравнение:

Мы можем видеть, что полярность падения напряжения на RB определяется направлением тока IB. Решение уравнения для текущего IB дает следующий результат:

Уравнение (4.4)

Уравнение (4.4) определенно является уравнением, которое можно легко запомнить, просто помня, что базовый ток здесь становится током, проходящим через RB, и применяя закон Ома, согласно которому ток равен напряжению на RB, деленному на сопротивление RB .

Напряжение на RB - это приложенное напряжение VCC на одном конце за вычетом падения на переходе база-эмиттер (VBE).
Кроме того, из-за того, что напряжение питания VCC и напряжение база-эмиттер VBE являются фиксированными величинами, выбор резистора RB на базе устанавливает величину тока базы для уровня переключения.

Коллектор – эмиттерный контур

На рисунке 4.5 показан каскад коллекторно-эмиттерной цепи, где представлены направление тока IC и соответствующая полярность на RC.
Можно видеть, что значение тока коллектора напрямую связано с IB через уравнение:

Уравнение (4.5)

Возможно, вам будет интересно увидеть, что, поскольку базовый ток зависит от количества RB, а IC связан с IB через постоянное значение β, величина IC не зависит от сопротивления RC.

Настройка RC на какое-либо другое значение не повлияет на уровень IB или даже IC, пока сохраняется активная область BJT.
Тем не менее, вы обнаружите, что величина VCE определяется уровнем RC, и это может иметь решающее значение для рассмотрения.

Если мы воспользуемся законом Кирхгофа для измерения напряжения по часовой стрелке в замкнутом контуре, показанном на рис. 4.5, то получим следующие два уравнения:

Уравнение (4.6)

Это указывает на то, что напряжение на коллекторе-эмиттере BJT в фиксированной цепи смещения является напряжением питания, эквивалентным падению, образованному на RC.
Чтобы быстро взглянуть на одинарные и двойные подстрочные обозначения, вспомните, что:

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

где VCE указывает напряжение, протекающее от коллектора к эмиттеру, VC и VE - напряжения, проходящие от коллектора и эмиттера к земле соответственно. Но здесь, поскольку VE = 0 V, имеем

VCE = VC -------- (4.8)
Также потому, что у нас есть
VBE = VB - И -------- (4.9)
и поскольку VE = 0, окончательно получаем:
VBE = VB -------- (4.10)

Пожалуйста, помните следующие моменты:

При измерении уровней напряжения, таких как VCE, обязательно поместите красный щуп вольтметра на контакт коллектора, а черный датчик на контакт эмиттера, как показано на следующем рисунке.