Förstå gemensam baskonfiguration i BJT

I det här avsnittet ska vi analysera BJT-baskonfigurationen och lära oss om dess drivpunktskaraktäristik, omvänd mättnadsström, bas till emitterspänning och utvärdera parametrarna genom ett praktiskt löst exempel. I de senare delarna kommer vi också att analysera hur man konfigurerar en gemensam basförstärkarkrets

Introduktion

Symbolerna och anteckningarna som används för att representera transistors gemensamma baskonfiguration i de flesta
böckerna och guiderna som skrivs ut idag kan ses i nedanstående bild. Fig. 3.6 Detta kan vara sant för både pnp- och npn-transistorer.

Figur 3.6

3.4 Vad är Common-Base-konfiguration

Uttrycket 'gemensam bas' härrör från det faktum att basen här är gemensam för både ingångs- och utgångsstegen i arrangemanget.

Vidare blir basen typiskt terminalen närmast eller vid jordpotentialen.

Under hela vårt samtal här kommer alla aktuella (Ampere) riktningar att tas med avseende på den konventionella (hål) flödesriktningen och inte elektronflödesriktningen.

Detta val har huvudsakligen bestämts med oro för att den stora mängden dokument som erbjuds vid akademiska och kommersiella organisationer implementerar konventionellt flöde, och pilarna i varje elektronisk framställning har en väg som identifieras med denna specifika konvention.

För bipolär transistor:

Pilmarkeringen i den grafiska symbolen beskriver flödesriktningen för emitterströmmen (konventionellt flöde) över transistorn.

Var och en av de aktuella (Amp) riktningarna som visas i figur 3.6 är de riktiga riktningarna som kännetecknas av valet av konventionellt flöde. Observera i varje fall att IE = IC + IB.

Lägg också märke till att förspänningen (spänningskällor) som implementeras är specifikt för att fastställa ström i den riktning som anges för var och en av kanalerna. Betydelse, jämför riktningen för IE med polariteten eller VEE för varje konfiguration, och jämför också riktningen för IC med polariteten för VCC.

För att fullständigt illustrera åtgärderna hos en treterminalenhet, till exempel gemensamma basförstärkare i figur 3.6 kräver 2 uppsättningar egenskaper - en för körpunkt eller ingångsfaktorer och den andra för produktion sektion.

Ingångssatsen för den gemensamma basförstärkaren som visas i fig. 3.7 tillför en ingångsström (IE) till en ingång
spänning (VBE) för en mängd olika utgångsspänningsområden (VCB).

De utgångssats tillämpar en utgångsström (IC) för en utspänning (VCB) för en mängd olika ingångsströmområden (IE) såsom visas i figur 3.8. Utgången, eller gruppen av samlaregenskaper, har tre grundläggande element av intresse, som påpekas i figur 3.8: de aktiva regionerna, avskärningen och mättnadsregionerna . Den aktiva regionen kommer att vara regionen som typiskt är användbar för linjära (icke snedställda) förstärkare. Specifikt:

Inom det aktiva området kommer kollektor-baskorsningen att vara omvänd-förspänd, medan bas-emitter-korsningen är förspänd.

Den aktiva regionen kännetecknas av de förspända konfigurationerna som anges i figur 3.6. I den nedre änden av det aktiva området kommer emitterströmmen (IE) att vara noll, kollektorströmmen är i denna situation helt enkelt som ett resultat av omvänd mättnadsström ICO, såsom illustreras i figur 3.8.

Den nuvarande ICO är så försumbar (mikroampere) i dimension jämfört med den vertikala skalan för IC (milliamperes) att den presenterar sig praktiskt taget på samma horisontella linje som IC = 0.

Kretsövervägandena som är närvarande när IE = 0 för den gemensamma basuppsättningen kan ses i figur 3.9. Anteckningen som oftast används för ICO på datablad och specifikationsblad är som påpekas i fig. 3.9, ICBO. På grund av överlägsna designmetoder är ICBO-graden för transistorer för allmänna ändamål (särskilt kisel) inom låg- och medelkraftsområdet normalt så minimal att dess inflytande kan förbises.

Med detta sagt kan ICBO för större kraftenheter fortsätta att dyka upp i mikroampereområdet. Kom också ihåg att ICBO, precis som Är vid dioder (båda är omvänd läckströmmar) kan det vara sårbart för temperaturförändringar.

Vid ökade temperaturer kan effekten av ICBO bli en avgörande aspekt eftersom den kan stiga betydligt snabbt som svar på temperaturhöjningar.

Var medveten om i figur 3.8 när emitterströmmen stiger över noll går kollektorströmmen upp till en nivå som huvudsakligen motsvarar den för emitterströmmen som fastställts av de grundläggande transistor-strömförhållandena.

Lägg också märke till att det finns ett ganska ineffektivt inflytande från VCB på samlarströmmen för den aktiva regionen. De böjda formerna visar uppenbarligen att en initial uppskattning av förhållandet mellan IE och IC i den aktiva regionen kan presenteras som:

Såsom härleds från själva titeln förstås avskärningsregionen vara den plats där kollektorströmmen är 0 A, såsom visas i figur 3.8. Vidare:

I avskärningsområdet tenderar kollektorbas- och bas-emitterkorsningarna för en transistor att vara i omvänd förspänt läge.

Mättnadsregionen identifieras som den delen av egenskaperna över den vänstra sidan av VCB = 0 V. Den horisontella skalan i detta område har förstorats för att tydligt avslöja de anmärkningsvärda förbättringar som gjorts på attribut i denna region. Observera den exponentiella uppgången i kollektorström som svar på ökningen av spänningen VCB mot 0 V.

Kollektor-bas- och bas-emitter-korsningarna kan ses som förspända i mättnadsregionen.

Ingångskarakteristiken i figur 3.7 visar att emitterströmmen ökar på ett sådant sätt att det kan likna den för diodkarakteristika för alla förutbestämda uppsamlingsspänningar (VCB).

Faktum är att effekten av en stigande VCB tenderar att vara så minimal på egenskaperna att skillnaden orsakad av variationer i VCB kunde ignoreras för varje preliminär utvärdering och egenskaperna kunde faktiskt representeras såsom visas i figur 3.10a nedan.

Om vi ​​därför använder den bitvis linjära tekniken kommer detta att ge de egenskaper som avslöjas i figur 3.10b.

Att ta den här nivån uppåt och bortse från kurvens lutning och följaktligen motståndet som genereras på grund av en framåtriktad korsning leder till de egenskaper som visas i figur 3.10c.

För alla framtida undersökningar som kommer att diskuteras på denna webbplats kommer motsvarande design i figur 3.10c att utövas för alla likströmsvärderingar av transistorkretsar. Det betyder att när en BJT är i 'ledande' status kommer bas-till-emitter-spänningen att betraktas som uttryckt i följande ekvation: VBE = 0,7 V (3,4).

För att uttrycka det annorlunda, påverkan av förändringarna i värdet på VCB tillsammans med ingångskarakteristikens lutning tenderar att förbises eftersom vi anstränger oss för att utvärdera BJT-konfigurationer på ett sådant sätt som kan hjälpa oss att få en optimal approximation mot faktiskt svar, utan att alltför mycket involverar oss i en parameter som kan ha mindre betydelse.

Figur 3.10

Vi bör alla verkligen uppskatta påståendet som uttrycks i ovanstående egenskaper i fig 3.10c. De definierar att med transistorn i 'på' eller aktivt tillstånd kommer spänningen som rör sig från bas till sändare att vara 0,7 V för varje mängd sändarström som regleras av tillhörande externt kretsnät.

För att vara mer exakt, för alla initiala experiment med en BJT-krets i likströmskonfigurationen kan användaren nu snabbt definiera att spänningen genom bas till sändare är 0,7 V medan enheten är i det aktiva området - detta kan betraktas som en extremt avgörande slutresultat för all vår DC-analys som skulle diskuteras i våra kommande artiklar ..

Lösa ett praktiskt exempel (3.1)

I ovanstående avsnitt lärde vi oss vad som är gemensam baskonfiguration om förhållandet mellan basström I C och emitterström I ÄR av en BJT i ​​avsnitt 3.4. Med hänvisning till den här artikeln kan vi nu utforma en konfiguration som gör det möjligt för BJT att förstärka strömmen, som visas i figur 3.12 nedanför förstärkarkretsen.

Men innan vi undersöker detta skulle det vara viktigt för oss att lära oss vad som är alfa (α).

Alpha (a)

I en gemensam bas BJT-konfiguration i DC-läge, på grund av effekten av majoritetsbärarna, är den nuvarande I C och jag ÄR bilda ett förhållande uttryckt med kvantiteten alfa och presenteras som:

a likström = Jag C / Jag ÄR -------------------- (3.5)

där jag C och jag ÄR är de aktuella nivåerna på arbetsplats . Även om ovanstående egenskaper identifierar att α = 1, i verkliga enheter och experiment kan denna kvantitet ligga någonstans runt 0,9 till 0,99, och i de flesta fall skulle detta närma sig det maximala värdet av intervallet.

På grund av det faktum att alfa här definieras specifikt för majoritetsbärarna, är Ekv 3.2 som vi hade lärt oss i tidigare kapitel nu kan skrivas som:

Med hänvisning till karaktäristik i diagrammet Fig 3.8 , när jag ÄR = 0 mA, I C värdet blir följaktligen = I CBO.

Men från våra tidigare diskussioner vet vi att nivån på jag CBO är ofta minimal, och därför blir det nästan oidentifierbart i diagrammet 3.8.

Betydelse, när jag ÄR = 0 mA i ovanstående diagram, I C förvandlas också till 0 mA för V CB värden.

När vi betraktar en växelströmssignal, där arbetspunkten rör sig över den karakteristiska kurvan, kan en ac alfa skrivas som:

Det finns några formella namn som ges till alfa som är: gemensam bas, förstärkningsfaktor, kortslutning. Anledningarna till dessa namn kommer att framgå tydligare i de kommande kapitlen medan man utvärderar motsvarande kretsar av BJT.

Vid denna punkt kan vi hitta att Eq 3.7 ovan bekräftar att en relativt blygsam variation i kollektorströmmen divideras med den resulterande förändringen i I ÄR , medan samlaren till basen är i konstant storlek.

Under majoritetsförhållanden är mängden a och och a likström är nästan lika och möjliggör utbyte av storheter mellan varandra.

Common-basförstärkare

DC-förspänningen visas inte i ovanstående figur eftersom vår faktiska avsikt är att bara analysera växelsvaret.

Som vi lärde oss i våra tidigare inlägg angående gemensam baskonfiguration , ser ingångs växelströmsmotståndet som anges i figur 3.7 ganska minimalt och varierar typiskt inom ett område av 10 och 100 ohm. Medan vi i samma kapitel också såg i figur 3.8 ser utgångsmotståndet i ett gemensamt basnätverk väsentligt högt, vilket typiskt kan variera inom intervallet 50 k till 1 M Ohm.

Dessa skillnader i motståndsvärden beror i grunden på att den framåtförspända korsningen uppträder på ingångssidan (mellan bas till sändare) och den omvända förspända korsningen som visas på utgångssidan mellan bas och kollektor.

Genom att tillämpa ett typiskt värde på säg 20 ohm (som anges i figuren ovan) för ingångsmotståndet och 200 mV för ingångsspänning, kan vi utvärdera förstärkningsnivå eller räckvidd på utgångssidan genom följande lösta exempel:

Således kan spänningsförstärkningen vid utgången hittas genom att lösa följande ekvation:

Detta är ett typiskt spänningsförstärkningsvärde för alla gemensamma BJT-kretsar som möjligen kan variera mellan 50 och 300. För ett sådant nätverk är strömförstärkningen IC / IE alltid mindre än 1, eftersom IC = alphaIE och alfa alltid är mindre än 1.

I preliminära experiment introducerades den grundläggande förstärkningsåtgärden genom a överföra nuvarande Jag över en låg till en hög motstånd krets.

Förhållandet mellan de två kursiva fraserna i ovanstående mening resulterade faktiskt i termen transistor:

trans gör + re sistor = transistor.

I nästa handledning kommer vi att diskutera Common-Emitter Amplifier

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