Spänningsdelarförspänning i BJT-kretsar - Mer stabilitet utan beta-faktor

Att förspänna terminalerna på en bipolär transistor med hjälp av ett beräknat resistivt avdelningsnätverk för att säkerställa optimal prestanda och omkopplingssvar kallas spänningsdelningsförspänning.

I tidigare biasdesigner att vi lärde oss biasströmmen I CQ och spänning V. CEQ var en funktion av BJT: s nuvarande förstärkning (β).

Men eftersom vi vet att β kan vara sårbart för temperaturförändringar, särskilt för kiseltransistorer, och att det verkliga värdet av beta ofta inte identifieras korrekt, kan det vara tillrådligt att utveckla en spänningsdelarförspänning i BJT-krets som kan vara mindre utsatt för temperaturer, eller helt enkelt oberoende av BJT-beta själv.

Spänningsdelningsförspänningsarrangemanget i fig. 4.25 kan betraktas som en av dessa konstruktioner.

Vid undersökning med en exakt grund känsligheten för variationer i beta ser riktigt blygsam ut. Om kretsvariablerna är korrekt utarbetade, är nivåerna av I CQ och V CEQ kan vara praktiskt taget helt oberoende av beta.

Kom ihåg från tidigare förklaringar att en Q-punkt kännetecknas av en fast nivå av ICQ och VCEQ som visas i figur 4.26.

Graden av jag BQ kan ändras beroende på variationerna i beta, men arbetspunkten kring de egenskaper som identifierats av I CQ och V CEQ kan lätt förbli oförändrad om lämpliga kretsriktlinjer tillämpas.

Som nämnts ovan hittar du ett par tillvägagångssätt som kan användas för att undersöka spänningsdelarens inställning.

Anledningen till valet av specifika namn för denna krets kommer att bli tydlig under vår analys och kommer att diskuteras i framtida inlägg.

Den allra första är exakt teknik som kan utföras på valfri spänningsdelare.

Den andra kallas ungefärlig metod, och dess genomförande blir genomförbart när vissa faktorer uppfylls. De ungefärlig strategi möjliggör en mycket mer direkt analys med minimal ansträngning och tid.

Dessutom kan detta vara mycket användbart för 'design mode' som vi kommer att prata om i de senare avsnitten.
På det hela taget, sedan 'ungefärlig strategi' kan arbetas med de flesta villkoren och måste därför utvärderas med samma uppmärksamhet som 'exakt metod'.

Exakt analys

Låt oss lära oss hur metoden för exakt analys kan implementeras med följande förklaring

Med hänvisning till följande bild kan ingångssidan av nätverket reproduceras som avbildad i figur 4.27 för likströmsanalysen.

De Thévenin motsvarande nätverk för design på vänster sida av BJT-bas B kan sedan bestämmas på ett sätt som illustreras nedan:

RTh : Ingångsförsörjningspunkterna ersätts med en motsvarande kortslutning som visas i figur 4.28 nedan.

ETh: Matningsspänningskällan V. DC appliceras tillbaka på kretsen, och den öppna kretsen Théveninspänning som visas i figur 4.29 nedan utvärderas enligt nedan:

Genom att implementera spänningsdelningsregeln kommer vi till följande ekvation:

Därefter utvärderar jag genom att återskapa Thévenin-designen som illustrerad i Fig.4.30 BQ genom att först tillämpa Kirchhoffs spänningslag medurs för slingan:

ETh - IBRTh - VBE - IERE = 0

Som vi vet IE = (β + 1) B Att ersätta den i ovanstående slinga och lösa för jag B ger:

Ekvation. 4.30

Vid första anblicken kan du känna ekv. (4.30) ser ganska annorlunda ut än de andra ekvationerna som hittills har utvecklats, men närmare titt kommer att visa att täljaren bara är en skillnad på två voltnivåer, medan nämnaren är resultatet av basmotstånd + emittermotstånd, vilket reflekteras förbi (β + 1) och liknar utan tvekan ekv. (4.17) ( Base Emitter Loop )

När IB väl har beräknats genom ovanstående ekvation kan resten av storheterna i designen identifieras med samma metod som vi gjorde för emitter-bias-nätverket, som visas nedan:

Ekvation (4.31)

Lösa ett praktiskt exempel (4.7)
Beräkna DC-förspänning V DETTA och nuvarande jag C i det nedan visade spänningsdelningsnätet Bild 4.31

Figur 4.31 Betastabiliserad krets för exempel 4.7.

Ungefärlig analys

I avsnittet ovan lärde vi oss den 'exakta metoden', här kommer vi att diskutera den 'ungefärliga metoden' för att analysera spänningsdelaren i en BJT-krets.

Vi kan rita ingångssteget för ett BJT-baserat spänningsdelningsnätverk som visas i figur 4.32 nedan.

Motståndet Ri kan betraktas som motståndsekvivalenten mellan kretsens bas- och jordlinje, och RE som motståndet mellan emitter och jord.

Från våra tidigare diskussioner [ekv. (4.18)] vi vet att motståndet som reproduceras eller reflekteras mellan bas / emitter hos BJT exponeras av ekvationen Ri = (P + 1) RE.

Om vi ​​överväger en situation där Ri är betydligt större än motståndet R2, kommer det att resultera i IB relativt mindre än I2 (kom ihåg att strömmen alltid försöker hitta och flytta till riktningen för minsta motstånd), och därmed blir I2 ungefär lika med I1.

Med tanke på att det ungefärliga värdet av IB är väsentligen noll i förhållande till I1 eller I2, så kan I1 = I2 och R1 och R2 betraktas som serieelement.

Figur 4.32 Delförspänningskrets för beräkning av ungefärlig basspänning V B .

Spänningen över R2, som ursprungligen skulle vara basspänningen, kunde utvärderas enligt nedan genom att tillämpa spänningsdelningsregelnätverket:

Nu sedan Ri = (β + 1) RE ≅ b RE, villkoret som bekräftar om genomförandet av den ungefärliga metoden är genomförbart eller inte bestäms av ekvationen:

Enkelt uttryckt, om värdet RE gånger värdet på β inte är mindre än 10 gånger värdet för R2, kan det tillåtas att genomföra den ungefärliga analysen med optimal precision

Efter att VB har utvärderats kan VE-storleken bestämmas av ekvationen:

medan emitterströmmen kunde beräknas genom att använda formeln:

Spänningen från kollektor till emitter kan identifieras med hjälp av följande formel:

VCE = VCC - ICRC - IERE

Men sedan IE ≅ IC, vi når följande ekvation:

Det bör noteras att i den serie beräkningar som vi gjorde från ekv. (4.33) till ekv. (4.37) ,, elementet β har ingen närvaro någonstans och IB har inte beräknats.

Detta innebär att Q-punkten (som fastställd av I CQ och V CEQ ) som ett resultat är inte beroende av värdet av β
Praktiskt exempel (4.8):

Låt oss tillämpa analysen på vår tidigare Figur 4.31 , med användning av ungefärlig metod och jämföra lösningar för ICQ och VCEQ.

Här observerar vi att nivån på VB är identisk med nivån för ETh, vilket utvärderades i vårt tidigare exempel 4.7. Vad det egentligen betyder är att skillnaden mellan den ungefärliga analysen och den exakta analysen påverkas av RTh, som ansvarar för att separera ETh och VB i den exakta analysen.

Framåt,

Nästa exempel 4.9

Låt oss utföra den exakta analysen av exempel 4.7 om β minskas till 70 och ta reda på skillnaden mellan lösningarna för ICQ och VCEQ.

Lösning
Detta exempel kan inte tas som en jämförelse mellan exakta och ungefärliga strategier snarare endast för att testa graden i vilken Q-punkt kan röra sig om storleken på β reduceras med 50%. RTh och ETh ges som samma:

Att ordna resultaten i tabellform ger oss följande:

Från ovanstående tabell kan vi tydligt räkna ut att kretsen inte svarar på förändringen i β-nivåer. Trots att β-storleken har minskat signifikant med 50%, från värdet 140 till 70, även om värdena för ICQ och VCEQ i princip är desamma.

Nästa exempel 4.10

Utvärdera nivåerna av jag CQ och V CEQ för spänningsdelningsnätet som visas i figur 4.33 genom att använda exakt och ungefärlig närmar sig och jämför de resulterande lösningarna.

I detta scenario gäller villkoren i ekv. (4.33) kanske inte uppfylls, men svaren kan hjälpa oss att identifiera skillnaden i lösningen med villkoren i ekv. (4.33) beaktas inte.
Figur 4.33 Spänningsdelare nätverk för exempel 4.10.

Lösning med exakt analys:

Lösning med ungefärlig analys:


Från ovanstående utvärderingar kan vi se skillnaden mellan de resultat som uppnåtts från exakta och ungefärliga metoder.

Resultaten avslöjar att jag CQ är ungefär 30% högre för den ungefärliga metoden, medan V CEQ är 10% lägre. Även om resultaten inte är helt identiska, med tanke på att βRE bara är tre gånger större än R2, är resultaten faktiskt inte för breda heller.

Sade att vi för vår framtida analys huvudsakligen kommer att förlita oss på ekv. (4.33) för att säkerställa maximal likhet mellan de två analyserna.