Napetost delilnika napetosti v vezjih BJT - večja stabilnost brez beta faktorja

Nagnjenost sponk bipolarnega tranzistorja z uporabo izračunanega uporovnega delilnega omrežja za zagotavljanje optimalne zmogljivosti in odzivnost preklopa se imenuje prednapetost delilnika napetosti.

V prejšnji modeli pristranskosti da smo se naučili pristranskosti I CQ in napetost V CEQ so bili funkcija trenutnega ojačanja (β) BJT.

Ker pa vemo, da je β lahko občutljiv na temperaturne spremembe, zlasti za silicijeve tranzistorje, in tudi resnična vrednost beta pogosto ni pravilno ugotovljena, bi bilo priporočljivo razviti pristranskost delilnika napetosti v vezju BJT, ki bi lahko bila manjša nagnjeni k temperaturam ali preprosto neodvisni od same BJT beta.

Razporeditev napetosti delilnika napetosti na sliki 4.25 lahko štejemo za eno od teh izvedb.

Pri pregledu z natančna osnova dovzetnost za različice beta je videti res skromno. Če so spremenljivke vezja ustrezno izdelane, bodo ravni I CQ in V CEQ je lahko skoraj popolnoma neodvisen od beta.

Ne pozabite iz prejšnjih razlag, da je za Q-točko značilna fiksna raven ICQ in VCEQ, kot je prikazano na sliki 4.26.

Stopnja I BQ se lahko spreminja glede na različice beta, vendar je točka delovanja okoli značilnosti, ki jih je opredelil I CQ in V CEQ lahko ostanejo nespremenjene, če se uporabljajo ustrezne smernice vezja.

Kot smo že omenili, boste našli nekaj pristopov, ki jih lahko uporabite za preučitev nastavitve napetostnega delilnika.

Razlog za izbiro posebnih imen za to vezje bo razviden med našo analizo in o njem bomo razpravljali v prihodnjih objavah.

Prvi je natančna tehnika ki se lahko izvede na kateri koli nastavitvi napetostnega delilnika.

Drugi se imenuje približna metoda, in njegovo izvajanje postane izvedljivo, ko so izpolnjeni nekateri dejavniki. The približen pristop omogoča veliko bolj neposredno analizo z minimalnim naporom in časom.

Poleg tega je to lahko zelo koristno za 'način oblikovanja', o katerem bomo govorili v naslednjih razdelkih.
Na splošno, od 'približen pristop' je mogoče obdelati z večino pogojev, zato ga je treba oceniti z enako pozornostjo kot 'natančna metoda'.

Natančna analiza

Naučimo se, kako metoda natančna analiza se lahko izvede z naslednjo razlago

Glede na naslednjo sliko lahko vhodno stran omrežja reproduciramo, kot je prikazano na sliki 4.27 za enosmerno analizo.

The Ekvivalent Thévenina omrežje za zasnovo na levi strani BJT osnove B nato lahko določimo na način, kot je prikazano spodaj:

RTh : Vhodna napajalna mesta se nadomestijo z enakovrednim kratkim stikom, kot je prikazano na sliki 4.28 spodaj.

ETh: Vir napajalne napetosti V DC se vrne na vezje in napetost Thévenin v odprtem krogu, kot je prikazana na sliki 4.29 spodaj, se ovrednoti, kot je navedeno spodaj:

Z izvajanjem pravila o delilniku napetosti pridemo do naslednje enačbe:

Nato s poustvarjanjem zasnove Thévenin, kot je prikazano na sliki 4.30, ocenimo I BQ s prvo uporabo Kirchhoffovega napetostnega zakona v smeri urinega kazalca za zanko:

ETh - IBRTh - VBE - IERE = 0

Kot vemo IE = (β + 1) B Če ga nadomestimo v zgornji zanki in rešimo za I B daje:

Enačba. 4.30

Na prvi pogled se vam zdi enačba (4.30) se zdi precej drugačen od drugih do zdaj razvitih enačb, vendar bo natančnejši pogled pokazal, da je števec le razlika med dvema voltoma, imenovalec pa je rezultat osnovnega upora + upor oddajnika, kar se odraža avtor (β + 1) in je nedvomno zelo podoben enačbi (4.17) ( Osnovna zanka oddajnika )

Ko se IB izračuna po zgornji enačbi, bi lahko ostale velikosti v zasnovi identificirali po enaki metodi, kot smo to storili za mrežo pristranskosti oddajnika, kot je prikazano spodaj:

Enačba (4.31)

Reševanje praktičnega primera (4.7)
Izračunajte enosmerno napetost prednapetosti V TO in sedanji I C v spodnjem prikazanem omrežju z delilnikom napetosti Slika 4.31

Slika 4.31 Beta-stabilizirano vezje za primer 4.7.

Približna analiza

V zgornjem poglavju smo se naučili 'natančne metode', tukaj bomo razpravljali o 'približni metodi' analize napetostnega delilnika vezja BJT.

Vhodno stopnjo omrežja z delilnikom napetosti, ki temelji na BJT, lahko narišemo, kot je prikazano na sliki 4.32 spodaj.

Upor Ri se lahko šteje za enakovredni upor med osnovno in ozemljitveno linijo vezja, RE pa kot upor med oddajnikom in tlemi.

Iz naših prejšnjih razprav [Eq. (4.18)] vemo, da upor, reproduciran ali odseven med bazo / sevalnikom BJT, razloži enačba Ri = (β + 1) RE.

Če upoštevamo situacijo, ko je Ri bistveno večji od upora R2, bo IB povzročil razmeroma manjši od I2 (ne pozabite, da tok vedno poskuša najti in se premakniti v smer najmanjšega upora), zato se bo I2 obrnil približno enako I1.

Če upoštevamo, da je približna vrednost IB v bistvu enaka nič glede na I1 ali I2, potem bi I1 = I2 in R1 in R2 lahko šteli za serijske elemente.

Slika 4.32 Delno pristransko vezje za izračun približne osnovne napetosti V B .

Napetost na R2, ki bi bila prvotno osnovna napetost, bi lahko ocenili, kot je prikazano spodaj, z uporabo omrežja pravila napetostnega delilnika:

Zdaj od Ri = (β + 1) RE ≅ b RE, pogoj, ki potrjuje, ali je izvedba približne metode izvedljiva ali ne, določa enačba:

Preprosto povedano, če vrednost RE, pomnožena z vrednostjo β, ni manjša od 10-kratne vrednosti R2, bo morda dovoljeno izvajati približno analizo z optimalno natančnostjo

Po oceni VB lahko velikost VE določimo z enačbo:

medtem ko bi lahko oddajniški tok izračunali z uporabo formule:

Napetost od kolektorja do oddajnika lahko določimo po naslednji formuli:

VCE = VCC - ICRC - IERE

Vendar od IE ≅ IC, pridemo do naslednje enačbe:

Treba je opozoriti, da smo v nizu izračunov, ki smo jih naredili iz enačbe (4.33) do enačbe (4.37) ,, element β ni nikjer prisoten in IB ni izračunan.

To pomeni, da je točka Q (kot je določil I CQ in V CEQ ) kot rezultat ni odvisna od vrednosti β
Praktični primer (4.8):

Uporabimo analizo na naših prejšnjih Slika 4.31 z uporabo približnega pristopa in primerjajte rešitve za ICQ in VCEQ.

Tu opažamo, da je raven VB enaka ravni ETh, kot je ocenjeno v našem prejšnjem primeru 4.7. Kaj to v bistvu pomeni, na razliko med približno analizo in natančno analizo vpliva RTh, ki je odgovoren za ločevanje ETh in VB v natančni analizi.

Ko gremo naprej,

Naslednji primer 4.9

Izvedimo natančno analizo primera 4.7, če se β zmanjša na 70, in ugotovimo razliko med rešitvama za ICQ in VCEQ.

Rešitev
Tega primera ne moremo jemati kot primerjavo med natančnimi in približnimi strategijami, temveč le za preizkušanje stopnje premikanja točke Q, če se velikost β zmanjša za 50%. RTh in ETh sta podani enako:

Razporeditev rezultatov v obliki tabele nam daje naslednje:

Iz zgornje tabele lahko jasno razberemo, da se vezje razmeroma ne odziva na spremembo ravni β. Kljub temu, da se je velikost β znatno zmanjšala za 50%, in sicer s vrednosti 140 na 70, čeprav sta vrednosti ICQ in VCEQ v bistvu enaki.

Naslednji primer 4.10

Ocenite ravni I CQ in V CEQ za omrežje z delilnikom napetosti, kot je prikazano na sliki 4.33 z uporabo natančno in približno pristope in primerjajo nastale rešitve.

V sedanjem scenariju so pogoji, navedeni v enačbi (4.33) morda ne bo zadovoljen, vendar nam lahko odgovori pomagajo ugotoviti razliko v rešitvi s pogoji enačbe. (4.33) se ne upošteva.
Slika 4.33 Napetostni delilnik omrežje za primer 4.10.

Reševanje z natančno analizo:

Reševanje z uporabo približne analize:


Iz zgornjih ocen lahko vidimo razliko med rezultati, doseženimi z natančnimi in približnimi metodami.

Rezultati razkrivajo, da sem I CQ je približno približno 30% višja za približno metodo, medtem ko je V CEQ je 10% nižja. Čeprav rezultati niso povsem enaki, glede na dejstvo, da je βRE le 3-krat večji od R2, tudi rezultati dejansko niso preširoko narazen.

Rekel je, da se bomo za svojo prihodnjo analizo pretežno opirali na enačbo (4.33), da se zagotovi največja podobnost med obema analizama.