Понимание общей базовой конфигурации в BJT

В этом разделе мы собираемся проанализировать конфигурацию BJT с общей базой и узнать о его характеристиках точки возбуждения, обратном токе насыщения, напряжении от базы к эмиттеру и оценить параметры на практическом решенном примере. В следующих частях мы также проанализируем, как настроить схему усилителя с общей базой.

Вступление

Символы и аннотации, используемые для представления конфигурации общей базы транзистора в большинстве
книги и руководства, напечатанные в наши дни, можно увидеть на приведенном ниже рис. 3.6. Это может быть справедливо как для транзисторов pnp, так и npn.

Рисунок 3.6.

3.4 Что такое общая конфигурация

Термин «общая база» возникает из-за того, что здесь база является общей как для входного, так и для выходного каскада устройства.

Кроме того, база обычно становится клеммой, ближайшей к потенциалу земли или находящейся у него.

На протяжении всего нашего разговора все направления тока (амперы) будут взяты относительно обычного (дырочного) направления потока, а не направления потока электронов.

Этот выбор был решен, главным образом, из-за того, что большое количество документов, предлагаемых в академических и коммерческих организациях, реализует обычный поток, а стрелки в каждом электронном представлении указывают путь, определенный этим конкретным соглашением.

Для любого биполярного транзистора:

Стрелка в графическом символе описывает направление потока эмиттерного тока (условное течение) через транзистор.

Каждое из направлений тока (ампер), показанных на рис. 3.6, является истинным направлением, характеризуемым выбором обычного потока. Обратите внимание на то, что в каждом случае IE = IC + IB.

Также обратите внимание, что смещение (источники напряжения) реализовано специально для определения тока в направлении, указанном для каждого из каналов. Это означает, что сравните направление IE с полярностью или VEE для каждой конфигурации, а также сравните направление IC с полярностью VCC.

Чтобы всесторонне проиллюстрировать действия трехполюсника, например, усилители с общей базой на рис. 3.6, требует 2 набора свойств - один для точка вождения или входные факторы, а другой - для выход раздел.

Входной набор для усилителя с общей базой, как показано на рис. 3.7, подает входной ток (IE) на вход
напряжение (VBE) для различных диапазонов выходного напряжения (VCB).

В выходной набор применяет выходной ток (IC) для выходного напряжения (VCB) для различных диапазонов входного тока (IE), как показано на рис. 3.8. Выход, или группа характеристик коллектора, имеет 3 основных интересующих элемента, как показано на рис. 3.8: активная область, область отсечки и насыщения . Активная область будет областью, которая обычно используется для линейных (неискаженных) усилителей. В частности:

В активной области переход коллектор-база будет смещен в обратном направлении, а переход база-эмиттер - в прямом направлении.

Активная область характеризуется конфигурациями смещения, показанными на рис. 3.6. На нижнем конце активной области ток эмиттера (IE) будет равен нулю, ток коллектора в этой ситуации просто является результатом обратного тока насыщения ICO, как показано на рис. 3.8.

Текущий ICO настолько ничтожен (микроампер) по размеру по сравнению с вертикальной шкалой IC (миллиампер), что он практически находится на той же горизонтальной линии, что и IC = 0.

Соображения по схеме, которые присутствуют при IE = 0 для установки с общей базой, можно увидеть на рис. 3.9. Аннотации, наиболее часто применяемые для ICO в таблицах данных и спецификациях, показаны на рис. 3.9, ICBO. Из-за превосходных методов проектирования, степень ICBO для транзисторов общего назначения (особенно кремниевых) в диапазонах низкой и средней мощности обычно настолько минимальна, что ее влияние можно не заметить.

При этом для устройств большей мощности ICBO может и дальше отображаться в микроамперном диапазоне. Кроме того, помните, что ICBO, как и Является в случае диодов (оба являются токами обратной утечки) могут быть уязвимы к изменениям температуры.

При повышенных температурах влияние ICBO может стать решающим аспектом, поскольку оно может значительно быстро возрасти в ответ на повышение температуры.

Имейте в виду, что на рис. 3.8, когда ток эмиттера превышает ноль, ток коллектора поднимается до уровня, в основном эквивалентного току эмиттера, как установлено фундаментальными отношениями тока транзистора.

Также обратите внимание, что VCB неэффективно влияет на ток коллектора в активной области. Изогнутые формы, очевидно, показывают, что начальная оценка взаимосвязи между IE и IC в активной области может быть представлена ​​как:

Как следует из самого названия, под областью отсечки понимается то место, где ток коллектора равен 0 А, как показано на рис. 3.8. Более того:

В области отсечки переходы коллектор-база и база-эмиттер транзистора имеют тенденцию находиться в режиме обратного смещения.

Область насыщения определяется как часть характеристик в левой части VCB = 0 В. Горизонтальная шкала в этой области была увеличена, чтобы отчетливо показать заметные улучшения, сделанные в атрибутах в этой области. Обратите внимание на экспоненциальный скачок тока коллектора в ответ на увеличение напряжения VCB до 0 В.

Видно, что переходы коллектор-база и база-эмиттер имеют прямое смещение в области насыщения.

Входные характеристики на рис. 3.7 показывают вам, что для любых заданных значений напряжения коллектора (VCB) ток эмиттера увеличивается таким образом, что может сильно напоминать характеристики диода.

Фактически, влияние возрастающего VCB на характеристики настолько минимально, что для любой предварительной оценки можно не принимать во внимание разницу, вызванную вариациями VCB, и фактически можно представить характеристики, как показано на рисунке 3.10a ниже.

Поэтому, если мы воспользуемся кусочно-линейной техникой, это даст характеристики, показанные на рис. 3.10b.

Если подняться на один уровень выше и не учитывать наклон кривой и, следовательно, сопротивление, возникающее из-за перехода с прямым смещением, получатся характеристики, показанные на рис. 3.10c.

Для всех будущих исследований, которые будут обсуждаться на этом веб-сайте, эквивалентная конструкция, показанная на рис. 3.10c, будет использоваться для всех оценок постоянного тока транзисторных схем. Это означает, что всякий раз, когда BJT находится в «проводящем» состоянии, напряжение между базой и эмиттером будет считаться выраженным в следующем уравнении: VBE = 0,7 В (3.4).

Другими словами, влияние изменений в значении VCB вместе с наклоном входных характеристик будет иметь тенденцию игнорироваться, поскольку мы пытаемся оценить конфигурации BJT таким образом, который может помочь нам получить оптимальное приближение к фактический ответ, не слишком вовлекая себя в параметр, который может иметь меньшее значение.

Рисунок 3.10.

На самом деле мы все должны полностью оценить утверждение, выраженное в приведенных выше характеристиках рис. 3.10c. Они определяют, что когда транзистор находится во включенном или активном состоянии, напряжение, передаваемое от базы к эмиттеру, будет составлять 0,7 В для любого значения тока эмиттера, регулируемого соответствующей внешней схемной сетью.

Чтобы быть более точным, для любого начального эксперимента со схемой BJT в конфигурации постоянного тока пользователь теперь может быстро определить, что напряжение между базой и эмиттером составляет 0,7 В, когда устройство находится в активной области - это можно рассматривать как чрезвычайно важный итог для всего нашего анализа постоянного тока, который будет обсуждаться в наших следующих статьях.

Решение практического примера (3.1)

В приведенных выше разделах мы узнали, что такое общая базовая конфигурация относительно взаимосвязи между базовым током I C и ток эмиттера I ЯВЛЯЕТСЯ БЮТ в разделе 3.4. Ссылаясь на эту статью, теперь мы можем разработать конфигурацию, которая позволила бы BJT усиливать ток, как показано на Рис. 3.12 ниже схемы усилителя с общей базой.

Но прежде чем исследовать это, нам было бы важно узнать, что такое альфа (α).

Альфа (а)

В конфигурации BJT с общей базой в режиме постоянного тока из-за влияния основных носителей ток I C и я ЯВЛЯЕТСЯ образуют отношение, выраженное величиной альфа и представленное как:

а Округ Колумбия = Я C / I ЯВЛЯЕТСЯ -------------------- (3.5)

где я C и я ЯВЛЯЕТСЯ текущие уровни на точка операции . Хотя вышеупомянутая характеристика указывает, что α = 1, в реальных устройствах и экспериментах эта величина может лежать в пределах от 0,9 до 0,99, и в большинстве случаев она приближается к максимальному значению диапазона.

В связи с тем, что здесь альфа определена специально для большинства операторов связи, Уравнение 3.2 что мы узнали в предыдущие главы теперь можно записать как:

Ссылаясь на характеристика на графике Рис 3.8 , когда я ЯВЛЯЕТСЯ = 0 мА, I C значение, следовательно, становится = I CBO.

Однако из наших предыдущих обсуждений мы знаем, что уровень I CBO часто минимален, и поэтому он становится почти неидентифицируемым на графике 3.8.

Это значит, когда я ЯВЛЯЕТСЯ = 0 мА на приведенном выше графике, I C также превращается в 0 мА для V CB диапазон значений.

Когда мы рассматриваем сигнал переменного тока, в котором рабочая точка перемещается по характеристической кривой, альфа переменного тока может быть записана как:

Ac alpha дано несколько официальных имен: общая база, коэффициент усиления, короткое замыкание. Причины этих названий станут более очевидными в следующих главах при оценке эквивалентных схем BJT.

На этом этапе мы можем обнаружить, что уравнение 3.7 выше подтверждает, что относительно небольшое изменение тока коллектора делится на результирующее изменение I ЯВЛЯЕТСЯ , а расстояние от коллектора до базы имеет постоянную величину.

В большинстве случаев количество а и и а Округ Колумбия почти равны, позволяя обмениваться величинами друг с другом.

Усилитель с общей базой

Смещение постоянного тока не показано на приведенном выше рисунке, поскольку наша реальная цель - проанализировать только отклик переменного тока.

Как мы узнали в наших предыдущих публикациях относительно общая базовая конфигурация входное сопротивление переменному току, как показано на рис. 3.7, выглядит минимальным и обычно варьируется в диапазоне от 10 до 100 Ом. В той же главе мы также видели на рис. 3.8, что выходное сопротивление в сети с общей базой выглядит значительно большим, которое обычно может варьироваться в диапазоне от 50 кОм до 1 МОм.

Эти различия в значениях сопротивления в основном связаны с прямым смещенным переходом, появляющимся на входной стороне (между базой и эмиттером), и обратным смещенным переходом, появляющимся на выходной стороне между базой и коллектором.

Применяя типичное значение, скажем, 20 Ом (как показано на рисунке выше) для входного сопротивления и 200 мВ для входного напряжения, мы можем оценить уровень усиления или диапазон на выходной стороне в следующем решенном примере:

Таким образом, усиление напряжения на выходе можно найти, решив следующее уравнение:

Это типичное значение усиления напряжения для любой схемы BJT с общей базой, которое может варьироваться от 50 до 300. Для такой сети усиление тока IC / IE всегда меньше 1, поскольку IC = alphaIE, а альфа всегда меньше, чем 1.

В предварительных экспериментах основное усиливающее действие вводилось через передача текущего я от низкого до высокого сопротивление схема.

Отношения между двумя курсивными фразами в приведенном выше предложении фактически привели к термину транзистор:

транс делать + ре систор знак равно транзистор.

В следующем уроке мы обсудим усилитель с общим эмиттером.

Ссылка: https://en.wikipedia.org/wiki/Common_base