Смещение делителя напряжения в схемах BJT - большая стабильность без бета-фактора

Смещение выводов биполярного транзистора с использованием рассчитанной схемы резистивного делителя для обеспечения оптимальных характеристик и отклика переключения называется смещением делителя напряжения.

в предыдущие конструкции смещения что мы узнали ток смещения I CQ и напряжение V CEQ были функцией текущего усиления (β) BJT.

Но, поскольку мы знаем, что β может быть уязвимым к изменениям температуры, особенно для кремниевых транзисторов, а также истинное значение β часто не определяется должным образом, было бы целесообразно разработать смещение делителя напряжения в цепи BJT, которое может быть меньше склонны к температурам или просто не зависят от самого BJT beta.

Схема смещения делителя напряжения, показанная на рис. 4.25, может считаться одной из таких схем.

При осмотре с точная основа восприимчивость к вариациям в бета-версии выглядит действительно скромной. Если переменные схемы правильно определены, уровни I CQ и V CEQ может быть практически полностью независимым от бета-версии.

Помните из более ранних объяснений, что Q-точка характеризуется фиксированным уровнем ICQ и VCEQ, как показано на рис. 4.26.

Степень I BQ может меняться в зависимости от изменений в бета-версии, но рабочая точка вокруг характеристик, обозначенных I CQ и V CEQ могут легко остаться неизменными при соблюдении соответствующих правил схемы.

Как упоминалось выше, вы найдете несколько подходов, которые можно использовать для исследования настройки делителя напряжения.

Причина выбора конкретных имен для этой схемы станет очевидной в ходе нашего анализа и будет обсуждаться в следующих публикациях.

Самый первый - это точная техника которое может быть выполнено на любой установке делителя напряжения.

Второй называется приблизительный метод, и его реализация становится возможной при соблюдении определенных факторов. В приблизительный подход позволяет проводить более прямой анализ с минимальными усилиями и временем.

Кроме того, это может быть очень полезно для «режима разработки», о котором мы поговорим в следующих разделах.
В целом, поскольку 'приблизительный подход' могут работать с большинством условий и, следовательно, должны оцениваться с таким же уровнем внимания, как и «точный метод».

Точный анализ

Давайте узнаем, как метод точный анализ может быть реализовано со следующим объяснением

Ссылаясь на следующий рисунок, входная сторона сети может быть воспроизведена, как показано на рисунке 4.27 для анализа постоянного тока.

В Эквивалент Тевенина сеть для конструкции на левой стороне основания B BJT может быть определена способом, как показано ниже:

RTh : Точки входного питания заменяются эквивалентным коротким замыканием, как показано на Рис. 4.28 ниже.

ETh: Источник напряжения питания V ОКРУГ КОЛУМБИЯ подается обратно в цепь, и напряжение Тевенина холостого хода, показанное на рисунке 4.29 ниже, оценивается следующим образом:

Применяя правило делителя напряжения, мы приходим к следующему уравнению:

Затем, воссоздав дизайн Тевенина, как показано на рис. 4.30, мы оцениваем I BQ сначала применив закон Кирхгофа для контура по часовой стрелке:

ETh - IBRTh - VBE - IERE = 0

Как мы знаем IE = (β + 1) B Подставляя его в приведенный выше цикл и решая для I B дает:

Уравнение. 4,30

На первый взгляд вы можете почувствовать уравнение. Выражение (4.30) сильно отличается от других уравнений, разработанных до сих пор, однако более пристальный взгляд покажет, что числитель - это просто разница в два уровня вольта, а знаменатель - это результат зависимости сопротивления базы + эмиттерного резистора, который отражается к (β + 1) и, без сомнения, очень похож на формулу. (4.17) ( Базовый цикл эмиттера )

После расчета IB с помощью приведенного выше уравнения, остальные величины в проекте могут быть определены с помощью того же метода, что и для схемы смещения эмиттера, как показано ниже:

Уравнение (4.31)

Решение практического примера (4.7)
Рассчитайте напряжение смещения постоянного тока V ЭТО и нынешний я C в показанной ниже схеме делителя напряжения Рис. 4.31

Рисунок 4.31. Бета-стабилизированная схема для примера 4.7.

Приблизительный анализ

В предыдущем разделе мы узнали о «точном методе», здесь мы обсудим «приблизительный метод» анализа делителя напряжения в цепи BJT.

Мы можем изобразить входной каскад сети делителя напряжения на основе BJT, как показано на рисунке 4.32 ниже.

Сопротивление Ri можно рассматривать как эквивалент сопротивления между базой и линией заземления схемы, а RE - как резистор между эмиттером и землей.

Из наших предыдущих обсуждений [Ур. (4.18)] мы знаем, что сопротивление, воспроизводимое или отраженное между базой / эмиттером BJT, выражается уравнением Ri = (β + 1) RE.

Если мы рассмотрим ситуацию, когда Ri значительно больше, чем сопротивление R2, это приведет к тому, что IB будет относительно меньше, чем I2 (помните, что ток всегда пытается найти и двигаться в направлении минимального сопротивления), и, таким образом, I2 станет примерно равным I1.

Считая приблизительное значение IB равным нулю по отношению к I1 или I2, тогда I1 = I2, а R1 и R2 можно рассматривать как элементы ряда.

Рисунок 4.32 Схема частичного смещения для расчета приблизительного базового напряжения V B .

Напряжение на R2, которое изначально было бы базовым напряжением, можно было бы оценить, как показано ниже, применив схему правила делителя напряжения:

Теперь с Ri = (β + 1) RE ≅ б RE, условие, подтверждающее, возможно ли выполнение приближенного метода, определяется уравнением:

Проще говоря, если значение RE, умноженное на значение β, не менее чем в 10 раз превышает значение R2, тогда может быть разрешено провести приближенный анализ с оптимальной точностью.

После оценки VB величину VE можно определить по уравнению:

в то время как ток эмиттера можно рассчитать по формуле:

Напряжение от коллектора к эмиттеру можно определить по следующей формуле:

VCE = VCC - ICRC - IERE

Однако поскольку IE ≅ IC, мы приходим к следующему уравнению:

Следует отметить, что в серии расчетов, которые мы сделали по формуле. (4.33) через уравнение. (4.37) ,, элемент β нигде не присутствует, и IB не рассчитывалась.

Отсюда следует, что Q-точка (как установлено I CQ и V CEQ ) в результате не зависит от значения β
Практический пример (4.8):

Применим анализ к нашему ранее Рисунок 4.31 , используя приблизительный подход, и сравните решения для ICQ и VCEQ.

Здесь мы видим, что уровень VB идентичен уровню ETh, как оценивалось в нашем предыдущем примере 4.7. В основном это означает, что разница между приблизительным анализом и точным анализом зависит от RTh, который отвечает за разделение ETh и VB в точном анализе.

Двигаться вперед,

Следующий пример 4.9

Проведем точный анализ примера 4.7 при уменьшении β до 70 и выясним разницу между решениями для ICQ и VCEQ.

Решение
Этот пример нельзя рассматривать как сравнение между точными и приблизительными стратегиями, а только для проверки степени, с которой Q-точка может двигаться в случае, если величина β уменьшается на 50%. RTh и ETh задаются одинаково:

Представление результатов в табличной форме дает нам следующее:

Из приведенной выше таблицы мы можем ясно понять, что схема относительно не реагирует на изменение уровней β. Несмотря на то, что величина β была значительно снижена на 50%, со значения 140 до 70, хотя значения ICQ и VCEQ в основном совпадают.

Следующий пример 4.10

Оцените уровни I CQ и V CEQ для сети делителя напряжения, как показано на рис. 4.33, путем применения точный и приблизительный подходы и сравнить полученные решения.

В настоящем сценарии условия, приведенные в формуле. (4.33) может не выполняться, однако ответы могут помочь нам идентифицировать различие в решении с условиями уравнения. (4.33) не учитывается.
Рисунок 4.33 Делитель напряжения сеть для Примера 4.10.

Решение с использованием точного анализа:

Решение с использованием приближенного анализа:


Из приведенных выше оценок мы можем увидеть разницу между результатами, полученными с помощью точных и приближенных методов.

Результаты показывают, что я CQ примерно на 30% выше для приближенного метода, а V CEQ на 10% ниже. Хотя результаты не совсем идентичны, учитывая тот факт, что βRE всего в 3 раза больше, чем R2, результаты на самом деле также не слишком различаются.

Сказал, что для нашего будущего анализа мы будем преимущественно полагаться на уравнение. (4.33), чтобы гарантировать максимальное сходство между двумя анализами.