Hiểu cấu hình cơ sở chung trong BJT

Trong phần này, chúng ta sẽ phân tích cấu hình cơ sở chung của BJT và tìm hiểu về các đặc tính điểm dẫn động của nó, dòng bão hòa ngược, điện áp cơ sở đến bộ phát và đánh giá các thông số thông qua một ví dụ thực tế được giải quyết. Trong các phần sau, chúng tôi cũng sẽ phân tích cách cấu hình mạch khuếch đại cơ sở chung

Giới thiệu

Các ký hiệu và chú thích được sử dụng để biểu diễn cấu hình cơ sở chung của bóng bán dẫn trong hầu hết các
sách và hướng dẫn được in những ngày này có thể được chứng kiến ​​trong hình dưới đây Hình 3.6 Điều này có thể đúng với cả bóng bán dẫn pnp và npn.

Hình 3.6

3.4 Cấu hình Cơ sở Chung là gì

Thuật ngữ 'cơ sở chung' phát sinh từ thực tế là ở đây cơ sở chung cho cả giai đoạn đầu vào và đầu ra của quá trình sắp xếp.

Hơn nữa, chân đế thường trở thành thiết bị đầu cuối gần nhất hoặc tại tiềm năng mặt đất.

Trong suốt cuộc trò chuyện của chúng ta ở đây, tất cả các hướng dòng điện (Ampe) sẽ được xem xét theo hướng thông thường (lỗ trống) của dòng chảy chứ không phải hướng dòng electron.

Việc lựa chọn này chủ yếu được quyết định với lo ngại rằng số lượng lớn tài liệu được cung cấp tại các tổ chức học thuật và thương mại thực hiện quy trình thông thường và các mũi tên trong mọi biểu diễn điện tử có một đường dẫn được xác định với quy ước cụ thể này.

Đối với bất kỳ bóng bán dẫn lưỡng cực nào:

Dấu mũi tên trong biểu tượng đồ họa mô tả hướng chảy của dòng điện phát (dòng thông thường) qua bóng bán dẫn.

Mỗi hướng dòng điện (Amp) hiển thị trong Hình 3.6 là các hướng chính hãng được đặc trưng bởi việc lựa chọn dòng chảy thông thường. Quan sát trong từng trường hợp rằng IE = IC + IB.

Lưu ý thêm rằng xu hướng (nguồn điện áp) được thực hiện cụ thể để xác định dòng điện theo hướng được chỉ định cho từng kênh. Có nghĩa là, so sánh hướng của IE với cực hoặc VEE cho mỗi cấu hình, và cũng so sánh hướng của IC với cực của VCC.

Để minh họa toàn diện các hoạt động của thiết bị ba đầu cuối, ví dụ: bộ khuếch đại cơ sở chung trong Hình 3.6, yêu cầu 2 bộ thuộc tính - một bộ cho điểm lái xe hoặc các yếu tố đầu vào và yếu tố khác cho đầu ra phần.

Bộ đầu vào cho bộ khuếch đại cơ sở chung như được hiển thị trong Hình 3.7 áp dụng dòng điện đầu vào (IE) cho đầu vào
điện áp (VBE) cho nhiều dải điện áp đầu ra (VCB).

Các bộ đầu ra áp dụng dòng điện đầu ra (IC) cho điện áp đầu ra (VCB) cho nhiều dải dòng điện đầu vào (IE) như được minh họa trong Hình 3.8. Đầu ra, hoặc nhóm các đặc điểm của bộ thu, sở hữu 3 yếu tố cơ bản cần quan tâm, như được chỉ ra trong Hình 3.8: vùng hoạt động, vùng giới hạn và vùng bão hòa . Vùng hoạt động sẽ là vùng thường hữu ích cho các bộ khuếch đại tuyến tính (không bị biến dạng). Đặc biệt:

Trong vùng hoạt động, đường giao nhau gốc thu sẽ được phân cực ngược, trong khi đường giao nhau gốc-phát được phân cực thuận.

Vùng hoạt động được đặc trưng bởi các cấu hình xu hướng như được chỉ ra trong Hình 3.6. Ở đầu dưới của vùng hoạt động, dòng phát (IE) sẽ bằng 0, dòng thu trong trường hợp này chỉ đơn giản là kết quả của ICO dòng bão hòa ngược, như minh họa trong Hình 3.8.

ICO hiện tại có kích thước không đáng kể (microampe) so với quy mô dọc của IC (miliampe) đến mức nó thể hiện trên thực tế trên cùng một đường ngang với IC = 0.

Xem xét mạch khi IE = 0 đối với thiết lập cơ sở chung có thể được xem trong Hình 3.9. Chú thích thường được áp dụng cho ICO trên bảng dữ liệu và bảng thông số kỹ thuật như được chỉ ra trong Hình 3.9, ICBO. Do các phương pháp thiết kế ưu việt, mức độ ICBO cho các bóng bán dẫn đa năng (đặc biệt là silicon) trong phạm vi công suất thấp và trung bình thường rất nhỏ đến mức có thể bỏ qua ảnh hưởng của nó.

Phải nói rằng, đối với các thiết bị công suất lớn hơn, ICBO có thể tiếp tục hiển thị trong phạm vi microampere. Hơn nữa, hãy nhớ rằng ICBO, giống như Là trong trường hợp điốt (cả hai đều là dòng rò ngược) có thể dễ bị thay đổi nhiệt độ.

Ở nhiệt độ tăng, tác động của ICBO có thể là một khía cạnh quan trọng vì nó có thể tăng nhanh đáng kể theo sự tăng nhiệt độ.

Hãy lưu ý trong Hình 3.8 khi dòng phát tăng hơn 0, dòng thu tăng lên mức chủ yếu tương đương với dòng phát như được thiết lập bởi các mối quan hệ cơ bản của bóng bán dẫn-dòng điện.

Cũng lưu ý rằng có một ảnh hưởng khá kém hiệu quả của VCB đối với dòng thu đối với khu vực hoạt động. Các hình dạng cong rõ ràng cho thấy rằng ước tính ban đầu về mối quan hệ giữa IE và IC trong vùng hoạt động có thể được trình bày như sau:

Như được suy luận từ chính tiêu đề của nó, vùng cắt được hiểu là vị trí mà dòng thu là 0 A, như được trình bày trên Hình 3.8. Hơn nữa:

Trong vùng cắt, các điểm nối cực thu và cực phát của bóng bán dẫn có xu hướng ở chế độ phân cực ngược.

Vùng bão hòa được xác định là phần của các đặc điểm ở phía bên trái của VCB = 0 V. Thang đo ngang của vùng này đã được mở rộng để bộc lộ rõ ​​ràng những cải tiến đáng chú ý được thực hiện đối với các thuộc tính trong vùng này. Quan sát sự tăng lên theo cấp số nhân của dòng điện cực thu ứng với sự gia tăng điện áp VCB về phía 0 V.

Các điểm giao nhau giữa bộ thu và gốc của bộ phát có thể được xem là phân cực thuận Trong vùng bão hòa.

Các đặc tính đầu vào của Hình 3.7 cho bạn thấy rằng đối với bất kỳ cường độ định trước của điện áp bộ thu (VCB), dòng phát tăng theo cách có thể giống với đặc tính của diode.

Trên thực tế, ảnh hưởng của việc tăng giá VCB có xu hướng rất nhỏ đối với các đặc điểm mà đối với bất kỳ đánh giá sơ bộ nào, sự khác biệt do sự thay đổi của VCB gây ra có thể được bỏ qua và các đặc điểm thực sự có thể được biểu diễn như được minh họa trong Hình 3.10a dưới đây.

Do đó, nếu chúng ta sử dụng kỹ thuật tuyến tính mảnh, điều này sẽ tạo ra các đặc điểm như được tiết lộ trong Hình 3.10b.

Việc nâng cấp này lên một mức, và bỏ qua độ dốc của đường cong và do đó lực cản được tạo ra do tiếp giáp phân cực thuận sẽ dẫn đến các đặc tính như được hiển thị trong Hình 3.10c.

Đối với tất cả các điều tra trong tương lai sẽ được thảo luận trong trang web này, thiết kế tương đương của Hình 3.10c sẽ được thực hiện cho tất cả các đánh giá dc của các mạch bóng bán dẫn. Có nghĩa là, bất cứ khi nào BJT ở trạng thái “dẫn điện”, điện áp gốc phát sẽ được coi là biểu diễn trong phương trình sau: VBE = 0,7 V (3.4).

Nói cách khác, ảnh hưởng của những thay đổi trong giá trị của VCB cùng với độ dốc đặc tính đầu vào sẽ có xu hướng bị bỏ qua khi chúng tôi cố gắng đánh giá các cấu hình BJT theo cách có thể giúp chúng tôi thu được giá trị gần đúng tối ưu đối với phản ứng thực tế, không liên quan quá nhiều đến chúng ta với tham số có thể ít quan trọng hơn.

Hình 3.10

Tất cả chúng ta thực sự nên đánh giá kỹ lưỡng khẳng định được thể hiện trong các đặc điểm trên của Hình 3.10c. Họ xác định rằng với bóng bán dẫn ở điều kiện “bật” hoặc hoạt động, điện áp di chuyển từ cơ sở sang bộ phát sẽ là 0,7 V cho bất kỳ lượng dòng điện phát nào được điều chỉnh bởi mạng mạch bên ngoài liên quan.

Nói chính xác hơn, đối với bất kỳ thử nghiệm ban đầu nào với mạch BJT trong cấu hình một chiều, người dùng giờ đây có thể nhanh chóng xác định rằng điện áp qua đế đến bộ phát là 0,7 V trong khi thiết bị đang ở trong vùng hoạt động - đây có thể được coi là cực điểm mấu chốt quan trọng cho tất cả các phân tích dc của chúng tôi sẽ được thảo luận trong các bài viết sắp tới của chúng tôi ..

Giải một ví dụ thực tế (3.1)

Trong các phần trên, chúng ta đã tìm hiểu cấu hình cơ sở chung là gì về mối quan hệ giữa dòng điện cơ sở I C và phát hiện tôi LÀ của một BJT trong phần 3.4. Với việc tham khảo bài viết này, bây giờ chúng ta có thể thiết kế một cấu hình cho phép BJT khuếch đại dòng điện, như được trình bày trong Hình 3.12 bên dưới mạch khuếch đại cơ sở chung.

Nhưng trước khi điều tra điều này, điều quan trọng là chúng ta phải tìm hiểu alpha (α) là gì.

Alpha (a)

Trong cấu hình BJT cơ sở chung ở chế độ một chiều, do ảnh hưởng của các sóng mang đa số, dòng điện I C và tôi LÀ tạo thành một mối quan hệ được biểu thị bằng đại lượng alpha và được trình bày dưới dạng:

a dc = Tôi C / TÔI LÀ -------------------- (3.5)

nơi mà tôi C và tôi LÀ là mức hiện tại ở điểm hoạt động . Mặc dù đặc điểm trên xác định rằng α = 1, trong các thiết bị và thí nghiệm thực, đại lượng này có thể nằm ở bất kỳ đâu trong khoảng 0,9 đến 0,99 và trong hầu hết các trường hợp, điều này sẽ tiến gần tới giá trị lớn nhất của phạm vi.

Do thực tế là ở đây alpha được xác định cụ thể cho các tàu sân bay đa số, Công thức 3.2 mà chúng tôi đã học được trong chương trước bây giờ có thể được viết là:

Đề cập đến đặc trưng trong đồ thị Hình 3.8 , khi tôi LÀ = 0 mA, tôi C giá trị do đó trở thành = I CBO.

Tuy nhiên, từ các cuộc thảo luận trước đây, chúng tôi biết rằng mức độ CBO thường là tối thiểu, và do đó nó hầu như không thể xác định được trong biểu đồ 3.8.

Có nghĩa là, bất cứ khi nào tôi LÀ = 0 mA trong đồ thị nêu trên, I C cũng biến thành 0 mA đối với V CB phạm vi giá trị.

Khi chúng ta xem xét một tín hiệu xoay chiều, trong đó điểm hoạt động di chuyển trên đường đặc tính, một alpha ac có thể được viết là:

Có một số tên chính thức được đặt cho ac alpha là: cơ sở chung, hệ số khuếch đại, ngắn mạch. Lý do cho những cái tên này sẽ rõ ràng hơn trong các chương sắp tới khi đánh giá các mạch tương đương của BJT.

Tại thời điểm này, chúng ta có thể thấy rằng phương trình 3.7 ở trên xác nhận rằng một sự thay đổi tương đối khiêm tốn trong dòng điện thu được chia cho sự thay đổi kết quả trong I LÀ , trong khi bộ thu-đến-gốc có độ lớn không đổi.

Trong điều kiện đa số, số lượng a và và a dc gần như ngang nhau cho phép trao đổi độ lớn giữa nhau.

Bộ khuếch đại cơ sở chung

Xu hướng dc không được hiển thị trong hình trên vì mục đích thực tế của chúng tôi là chỉ phân tích phản hồi ac.

Như chúng ta đã biết trong các bài viết trước đây của chúng tôi về cấu hình cơ sở chung , điện trở xoay chiều đầu vào như được chỉ ra trong Hình 3.7 trông khá tối thiểu và thường thay đổi trong phạm vi 10 và 100 ohm. Trong cùng một chương, chúng ta cũng thấy trong Hình 3.8, điện trở đầu ra trong mạng cơ sở chung có vẻ cao đáng kể, có thể thay đổi thường trong khoảng 50 k đến 1 M Ohm.

Những khác biệt về giá trị điện trở này về cơ bản là do điểm nối phân cực thuận xuất hiện ở phía đầu vào (giữa đế với bộ phát) và điểm tiếp giáp phân cực ngược xuất hiện ở phía đầu ra giữa đế và bộ thu.

Bằng cách áp dụng giá trị điển hình là 20 Ohms (như được cho trong hình trên) cho điện trở đầu vào và 200mV cho điện áp đầu vào, chúng tôi có thể đánh giá mức độ khuếch đại hoặc phạm vi ở phía đầu ra thông qua ví dụ đã giải quyết sau:

Do đó, độ khuếch đại điện áp ở đầu ra có thể được tìm thấy bằng cách giải phương trình sau:

Đây là giá trị khuếch đại điện áp điển hình cho bất kỳ mạch BJT cơ sở chung nào có thể thay đổi trong khoảng từ 50 đến 300. Đối với mạng như vậy, IC khuếch đại hiện tại luôn nhỏ hơn 1, vì IC = alphaIE và alpha luôn nhỏ hơn 1.

Trong các thí nghiệm sơ bộ, hành động khuếch đại cơ bản được giới thiệu thông qua chuyển khoản của hiện tại Tôi qua mức thấp đến mức cao- Sức cản mạch điện.

Mối quan hệ giữa hai cụm từ in nghiêng trong câu trên thực sự dẫn đến thuật ngữ bóng bán dẫn:

Dịch làm + lại người hỗ trợ = bóng bán dẫn.

Trong hướng dẫn tiếp theo, chúng ta sẽ thảo luận về Bộ khuếch đại phát điện chung

Tài liệu tham khảo: https://en.wikipedia.org/wiki/Common_base