Độ lệch bộ phân áp trong mạch BJT - Ổn định hơn mà không có yếu tố beta

Xu hướng phân cực các đầu cuối của bóng bán dẫn lưỡng cực sử dụng mạng bộ chia điện trở được tính toán để đảm bảo hiệu suất tối ưu và đáp ứng chuyển mạch được gọi là xu hướng phân áp.

bên trong thiết kế thiên vị trước đó rằng chúng tôi đã học được khuynh hướng hiện tại của tôi CQ và điện áp V CEQ là một hàm của độ lợi hiện tại (β) của BJT.

Tuy nhiên, như chúng ta biết rằng β có thể dễ bị thay đổi nhiệt độ, đặc biệt là đối với bóng bán dẫn silicon, và giá trị thực của beta cũng thường không được xác định chính xác, nên có thể nên phát triển sai lệch phân áp trong mạch BJT có thể nhỏ hơn dễ bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ, hoặc đơn giản là không phụ thuộc vào bản thân BJT beta.

Sự sắp xếp phân biệt điện áp của Hình 4.25 có thể được coi là một trong những thiết kế này.

Khi được kiểm tra với một cơ sở chính xác tính nhạy cảm với các biến thể trong phiên bản beta trông thực sự khiêm tốn. Nếu các biến mạch được xử lý thích hợp, các mức của I CQ và V CEQ có thể hầu như hoàn toàn độc lập với phiên bản beta.

Hãy nhớ từ những giải thích trước đây rằng điểm Q được đặc trưng với mức ICQ và VCEQ cố định như được minh họa trong Hình 4.26.

Mức độ của tôi BQ có thể thay đổi tùy thuộc vào các biến thể trong bản beta, nhưng điểm hoạt động xung quanh các đặc điểm được xác định bởi I CQ và V CEQ có thể dễ dàng không thay đổi nếu áp dụng các hướng dẫn mạch thích hợp.

Như đã đề cập ở trên, bạn sẽ tìm thấy một số cách tiếp cận có thể được sử dụng để điều tra thiết lập bộ chia điện áp.

Lý do đằng sau việc lựa chọn các tên cụ thể cho mạch này sẽ trở nên rõ ràng trong quá trình phân tích của chúng tôi và sẽ được thảo luận trong các bài viết trong tương lai.

Cái đầu tiên là kỹ thuật chính xác có thể được thực hiện trên bất kỳ thiết lập bộ chia điện áp nào.

Cái thứ hai được gọi là phương pháp gần đúng, và việc thực hiện nó trở nên khả thi khi các yếu tố nhất định được đáp ứng. Các cách tiếp cận gần đúng cho phép phân tích trực tiếp hơn với nỗ lực và thời gian tối thiểu.

Ngoài ra, điều này có thể rất hữu ích cho 'chế độ thiết kế' mà chúng ta sẽ nói đến trong các phần sau.
Nhìn chung, kể từ khi 'cách tiếp cận gần đúng' có thể được làm việc với hầu hết các điều kiện và do đó phải được đánh giá với mức độ chú ý như 'phương pháp chính xác'.

Phân tích chính xác

Hãy cùng tìm hiểu phương pháp của phân tích chính xác có thể được thực hiện với lời giải thích sau

Tham khảo hình sau, phía đầu vào của mạng có thể được tái tạo như được mô tả trong Hình 4.27 cho phân tích dc.

Các Tương đương Thévenin mạng cho thiết kế ở phía bên trái của đế BJT B sau đó có thể được xác định theo cách như minh họa bên dưới:

RTh : Các điểm cung cấp đầu vào được thay thế bằng một điểm ngắn mạch tương đương như trong Hình 4.28 dưới đây.

ETh: Nguồn điện áp cung cấp V DC được đưa trở lại mạch, và điện áp Thévenin hở mạch xuất hiện trong Hình 4.29 dưới đây được đánh giá như cho dưới đây:

Thực hiện quy tắc phân áp, chúng ta đi đến phương trình sau:

Tiếp theo, bằng cách tạo lại thiết kế Thévenin như được minh họa trong Hình.4.30, chúng tôi đánh giá I BQ đầu tiên bằng cách áp dụng định luật điện áp Kirchhoff theo chiều kim đồng hồ cho vòng lặp:

ETh - IBRTh - VBE - IERE = 0

Như chúng ta biết IE = (β + 1) B Thay nó vào vòng lặp trên và giải quyết cho tôi B cho:

Phương trình. 4.30

Thoạt nhìn, bạn có thể cảm thấy Eq. (4.30) trông khá khác so với các phương trình khác đã được phát triển cho đến nay, tuy nhiên xem xét kỹ hơn sẽ thấy rằng tử số chỉ là sự khác biệt của hai mức vôn, trong khi mẫu số là kết quả của điện trở cơ bản + điện trở phát, được phản ánh bởi (β + 1) và chắc chắn là rất giống với Eq. (4,17) ( Vòng lặp phát điện cơ sở )

Khi IB được tính toán thông qua phương trình trên, phần còn lại của các cường độ trong thiết kế có thể được xác định thông qua phương pháp tương tự như chúng tôi đã làm cho mạng phân cực phát, như được hiển thị bên dưới:

Phương trình (4.31)

Giải một ví dụ thực tế (4.7)
Tính điện áp phân cực DC V ĐIỀU NÀY và tôi hiện tại C trong mạng phân áp được hiển thị bên dưới Hình 4.31

Hình 4.31 Mạch ổn định beta cho Ví dụ 4.7.

Phân tích gần đúng

Trong phần trên chúng ta đã học về 'phương pháp chính xác', ở đây chúng ta sẽ thảo luận về 'phương pháp gần đúng' để phân tích bộ phân áp của mạch BJT.

Chúng ta có thể vẽ giai đoạn đầu vào của mạng phân áp dựa trên BJT như trong hình 4.32 dưới đây.

Điện trở Ri có thể được coi là điện trở tương đương giữa cơ sở và đường nối đất của mạch, và RE là điện trở giữa bộ phát và đất.

Từ các cuộc thảo luận trước đây của chúng tôi [Eq. (4.18)] chúng ta biết rằng điện trở được tái tạo hoặc phản xạ giữa đế / cực phát của BJT được tính theo phương trình Ri = (β + 1) RE.

Nếu chúng ta xem xét một tình huống trong đó Ri lớn hơn đáng kể so với điện trở R2, sẽ dẫn đến IB tương đối nhỏ hơn I2 (hãy nhớ dòng điện luôn cố gắng tìm và di chuyển về hướng có điện trở nhỏ nhất), và do đó I2 sẽ quay xấp xỉ bằng I1.

Coi giá trị gần đúng của IB về cơ bản là 0 trong mối quan hệ với I1 hoặc I2, thì I1 = I2, R1 và R2 có thể được coi là các phần tử nối tiếp.

Hình 4.32 Mạch phân cực một phần để tính điện áp cơ bản gần đúng V B .

Điện áp trên R2, ban đầu sẽ là điện áp cơ bản có thể được đánh giá như hình dưới đây, bằng cách áp dụng mạng quy tắc phân áp:

Bây giờ kể từ Ri = (β + 1) RE ≅ b RE, điều kiện xác nhận việc thực hiện phương pháp gần đúng có khả thi hay không được quyết định bởi phương trình:

Nói một cách đơn giản, nếu giá trị RE nhân với giá trị của β, không nhỏ hơn 10 lần giá trị của R2, thì nó có thể được phép thực hiện phân tích gần đúng với độ chính xác tối ưu

Sau khi VB được đánh giá, độ lớn VE có thể được xác định bằng phương trình:

trong khi dòng điện phát có thể được tính bằng cách áp dụng công thức:

Điện áp từ bộ thu đến bộ phát có thể được xác định bằng cách sử dụng công thức sau:

VCE = VCC - ICRC - IERE

Tuy nhiên, kể từ IE ≅ IC, chúng ta đi đến phương trình sau:

Cần lưu ý rằng trong chuỗi các phép tính mà chúng tôi thực hiện từ Eq. (4.33) thông qua Eq. (4.37), phần tử β không có mặt ở bất kỳ đâu và IB chưa được tính.

Điều này ngụ ý rằng điểm Q (như được thiết lập bởi I CQ và V CEQ ) do đó không phụ thuộc vào giá trị của β
Ví dụ thực tế (4.8):

Hãy áp dụng phân tích trước đó của chúng tôi Hình 4.31 , sử dụng phương pháp gần đúng và so sánh các giải pháp cho ICQ và VCEQ.

Ở đây chúng ta quan sát thấy rằng mức độ VB giống với mức độ của ETh, như được đánh giá trong ví dụ 4.7 trước của chúng tôi. Về cơ bản, điều đó có nghĩa là, sự khác biệt giữa phân tích gần đúng và phân tích chính xác bị ảnh hưởng bởi RTh, chịu trách nhiệm phân tách ETh và VB trong phân tích chính xác.

Tiến lên,

Ví dụ tiếp theo 4.9

Hãy thực hiện phân tích chính xác của Ví dụ 4.7 nếu β giảm xuống 70, và tìm ra sự khác biệt giữa các nghiệm cho ICQ và VCEQ.

Giải pháp
Ví dụ này có thể không được coi là sự so sánh giữa các chiến lược chính xác và gần đúng thay vì chỉ để kiểm tra mức độ mà điểm Q có thể di chuyển trong trường hợp độ lớn của β giảm đi 50%. RTh và ETh được đưa ra giống nhau:

Sắp xếp các kết quả dưới dạng bảng cho chúng ta những điều sau:

Từ bảng trên, chúng ta có thể tìm ra một cách rõ ràng rằng mạch tương đối không phản ứng với sự thay đổi mức β. Mặc dù thực tế là cường độ β đã giảm đáng kể 50%, từ giá trị 140 xuống 70, mặc dù giá trị của ICQ và VCEQ về cơ bản là giống nhau.

Ví dụ tiếp theo 4.10

Đánh giá các mức độ của I CQ và V CEQ cho mạng phân áp như thể hiện trong Hình 4.33 bằng cách áp dụng chính xác và gần đúng phương pháp tiếp cận và so sánh các giải pháp kết quả.

Trong kịch bản hiện tại, các điều kiện đưa ra trong phương trình. (4.33) có thể không được thỏa mãn, tuy nhiên các câu trả lời có thể giúp chúng tôi xác định sự khác biệt trong lời giải với các điều kiện của phương trình. (4.33) không được tính đến.
Hình 4.33 Bộ chia điện áp mạng cho Ví dụ 4.10.

Giải quyết bằng Phân tích Chính xác:

Giải bằng cách sử dụng Phân tích gần đúng:


Từ những đánh giá trên, chúng ta có thể thấy sự khác biệt giữa kết quả đạt được từ các phương pháp chính xác và gần đúng.

Kết quả cho thấy rằng tôi CQ cao hơn khoảng 30% đối với phương pháp gần đúng, trong khi V CEQ thấp hơn 10%. Mặc dù các kết quả không hoàn toàn giống nhau, nhưng xét trên thực tế là βRE chỉ lớn hơn R2 3 lần, các kết quả thực sự cũng không quá chênh lệch.

Cho biết rằng, để phân tích trong tương lai, chúng tôi sẽ chủ yếu dựa vào Eq. (4.33) để đảm bảo sự tương đồng tối đa giữa hai phép phân tích.