BJT-Vorspannung:Alles, was Sie wissen müssen

Elektronische Schaltungen mit Verstärkungsfähigkeiten können effizienter arbeiten, wenn der BJT vorgespannt wird. Im Allgemeinen beinhaltet dieser Prozess das Anlegen einer externen Spannung an seine Anschlüsse, die das Gerät in den gewünschten Zustand schalten. Viele Schaltungsdesigns verfügen üblicherweise über Widerstände, um den korrekten Eingangsstrom und die richtigen Spannungspegel zu verteilen. Unterschiedliche BJT-Vorspannungstechniken bieten spezifische Eigenschaften, während andere ein thermisches Durchgehen verhindern. Dies macht sie in der Tat sehr nützlich für Verstärkungsanwendungen.

Dieser Artikel führt Sie durch die BJT-Vorspannungsgrundlagen und Schaltungsimplementierungen. Also lasst uns einen Blick darauf werfen!

Was ist BJT-Biasing?

Dieses Bild zeigt einen Bipolartransistor.

Quelle:Wikimedia Commons

Im Allgemeinen beinhaltet das Vorspannen von Transistoren das Anlegen einer bestimmten Spannung an die Basis- und Emitteranschlüsse eines BJT, wodurch dessen Effizienz und Leistung verbessert werden. In diesem Fall ermöglicht der Prozess einem Transistor, ein AC-Eingangssignal in einer Transistorschaltung zu verstärken. Durch das Vorspannen des BJT wird der Emitter-Basis-Übergang in einen in Vorwärtsrichtung vorgespannten Zustand versetzt. In der Zwischenzeit konfiguriert sich der Basis-Kollektor-Schnittpunkt auf einen in Sperrichtung vorgespannten Zustand. Somit wird es im aktiven Bereich betrieben.

Die BJT-Vorspannung beruht auf Widerständen, um den korrekten Spannungspegel zu verteilen.

Quelle:Wikimedia Commons

Außerdem sollte der Kollektorwiderstand eine Nennleistung haben, die es der Kollektor-Emitter-Spannung ermöglicht, 0,5 V für Germaniumtransistoren und 1 V für Siliziumtransistoren zu überschreiten.

Beta-BJT

Bild, das den Stromflussprozess in einem Bipolartransistor zeigt.

Quelle:Wikimedia Commons

Beta (β) bezieht sich auf die Gesamtempfindlichkeit des Geräts zwischen dem Basisstrom und seinem Kollektorverstärkungspegel. Es kann auch die Verstärkung des Geräts identifizieren. Beispielsweise wird der Basisstrom eines Transistors um 100 verstärkt, wenn der β-Wert diesem Wert entspricht. Natürlich entsteht dieser Faktor, während der Bipolartransistor im vorwärtsaktiven Zustand arbeitet.

BJT-Vorspannungsschaltungen

Wir haben einige Beispiele für BJT-Vorspannungsschaltungen beigefügt, die für Verstärkungszwecke nützlich sind.

Feste Vorspannung

Fester Vorspannungsschaltplan.

Wie Sie im Schaltplan sehen können, ist ein Basiswiderstand (R_B ) stellt eine Verbindung zum V_CC her und Basisanschluss. In diesem Fall ein Spannungsabfall über R_B bewirkt, dass der Basis-Emitter-Übergang in einen in Vorwärtsrichtung vorgespannten Zustand versetzt wird. Die folgende Formel bestimmt den Wert von IB.

Beide V_CC und V_BE in der Schaltung mit fester Vorspannung einen festen Wert haben. Unterdessen R_B bleibt konstant. Als Ergebnis I_B wird auch einen kontinuierlichen Wert haben, was zu einem begrenzten Arbeitspunkt führt. Somit bietet dieser Vorspannungstyp aufgrund seines β+1-Stabilitätsfaktors eine schlechte thermische Stabilität.

Dies geschieht aufgrund der Unvorhersagbarkeit des β-Parameters des Transistors. Es kann auch stark abweichen, insbesondere bei einem ähnlichen Modell und Transistortyp. Der I_C ändert sich auch, wenn β variiert. Daher könnte dieser β-abhängige Vorspannungstyp Arbeitspunktänderungen aufgrund der Transistorattribute und Temperaturänderungen erfahren.

Insgesamt ist die Vorspannungsschaltung mit fester Basis auf minimale Komponenten mit einem vereinfachten Design angewiesen. Durch Anpassen des RB-Werts im Kurs können Benutzer den Arbeitspunkt des aktiven Bereichs ändern. Außerdem wird die Source nicht belastet, da der Basis-Emitter-Übergang keine Widerstände aufweist. Infolgedessen hat diese Schaltung Schaltanwendungen.

Die folgenden Gleichungen beziehen sich auf die Spannung und den Strom für diese Schaltung:

Kollektor-zu-Basis-Bias

Der Schaltplan zeigt ein Kollektor-zu-Basis-Vorspannungsdesign.

In dieser Kollektor-Basis-Vorspannungseinstellung versorgen zwei Widerstände den aktiven Bereich des Transistors trotz des Werts von β mit DC-Vorspannung. Da die DC-Vorspannung von der Kollektorspannung (V_C ) sorgt es für hervorragende Stabilität.

Statt der Versorgungsspannungsschiene (V_CC ), der Basisvorspannungswiderstand (R_B ) mit dem Kollektor des Transistors (C) verbunden. Eine Erhöhung des Kollektorstroms führt zu einer Abnahme der Kollektorspannung. Tatsächlich reduziert sich die Basisansteuerung, wodurch der Kollektorstrom verringert wird. Dadurch wird sichergestellt, dass der Q-Punkt des Transistors fest bleibt. Somit erzeugt die Kollektor-Rückkopplungs-Vorspannungstechnik eine negative Rückkopplung, die den Transistor umgibt. Dies geschieht, weil RB direkte Eingaben von der Ausgabe zieht und sie an das Eingabeterminal verteilt.

Ein Spannungsabfall am Lastwiderstand (R_L ) erzeugt die Vorspannung. Eine Erhöhung des Laststroms führt also zu einem erheblichen Spannungsabfall am Lastwiderstand. Gleichzeitig führt dies zu einer verringerten Kollektorspannung. Danach wird der Basisstrom (I_B ) wird fallen, wodurch I_C zurückgesetzt wird auf seinen ursprünglichen Wert.

Das Abfallen des Kollektorstroms erzeugt eine umgekehrte Reaktion. In diesem Fall bezieht sich dieser voreingenommene Ansatz auf Selbstvoreingenommenheit. Insgesamt bietet dieses Design hervorragende Anwendungen für viele Verstärkerprojekte.

Die Schaltungsgleichung für die Kollektor-Basis-Vorspannung finden Sie unten:

Feste Vorspannung mit Emitterwiderstand

Feste Vorspannung mit Emitterwiderstand-Schaltplan.

Das Schaltbild zeigt ein Fixed-Bias-Netzwerk, das über einen externen Widerstand (R_E) mit dem Emitter des Transistors verbunden ist ). Emitterstrom erhöht sich, wenn V_BE bleibt bei steigender Temperatur konstant. Ein erhöhter Emitterstrom (I_E ) bewirkt eine Erhöhung der Emitterspannung (V_E =I_E R_E ), was zu einem Spannungsabfall am Basiswiderstand (R_B) führt ).

Die folgende Gleichung bestimmt die Spannung über dem Basiswiderstand.

In der Zwischenzeit können Sie den Basisstrom über die folgende Formel bestimmen:

Dies verringert den Basisstrom, was zu einem verringerten Kollektorstrom führt, da IC mit IB übereinstimmt. Die Formel IC =α IE (α gleich 1) definiert den Kollektor- und Emitterstrom. Dadurch wird dem Anstieg der Emitterstromtemperatur entgegengewirkt und ein stabiler Arbeitspunkt sichergestellt. Das Ersetzen des Transistors durch einen anderen Typ kann den I_C verändern Wert. Die Verwendung der gleichen Technik wie oben wird alle Änderungen annullieren und einen dauerhaften Arbeitspunkt beibehalten. Daher stellt dieses Vorspannungsnetzwerk eine verbesserte Unterstützung gegenüber dem Vorspannungsnetzwerk mit fester Basis bereit.

Insgesamt verwendet die Schaltung diese Gleichung:

Spannungsteilervorspannung oder Potentialteiler

Schaltplan Spannungsteiler.

Wie Sie sehen können, zwei externe Widerstände, R₁ und R₂ , Integrieren Sie in diese Schaltung, um einen Spannungsteiler zu erstellen. Dieser Aufbau ermöglicht die Erzeugung einer Spannung über R₂ um den Emitterübergang des Transistors in einen Vorwärtsvorspannungszustand zu versetzen. Insgesamt der durch R₂ fließende Strom zehnmal höher sein als der notwendige Basisstrom.

Im Allgemeinen bedeutet dieser Vorspannungstyp, dass Variationen in V_BE auftreten und β wird I_C, nicht beeinflussen was wiederum für maximale thermische Stabilität sorgt. Eine Temperaturerhöhung bewirkt, dass IC und IE ansteigen. Dies führt zu einer höheren Emitterspannung, was zu einer niedrigeren Basis-Emitter-Spannung führt. Danach führt dies zu einem Absinken des Basisstroms (I_B ), Zurücksetzen von I_C in seinen Ausgangszustand.

Unabhängig von der verringerten Verstärkung des Verstärkers hat diese Vorspannungsschaltung aufgrund der maximierten Stabilität beliebte Anwendungen.

Die Schaltung beruht auf der folgenden Formel:

Emitter-Bias

Schaltplan, der ein Emitter-Bias-Design zeigt.

Die oben gezeigte Schaltung stützt sich auf zwei Stromversorgungsquellen, die als V_CC bekannt sind und V_EE zu bedienen. Diese weisen übereinstimmende, aber entgegengesetzte Polaritäten auf. V_EE setzt den Basis-Emitter-Übergang in einen in Vorwärtsrichtung vorgespannten Zustand. In der Zwischenzeit V_CC bildet den Kollektor-Basis-Schnittpunkt zu einem Sperrvorspannungszustand.

Zusätzlich I_C kann sich auf R_E verlassen>> R_B /β und V_EE>> V_BE statt V_BE und ß. Dadurch wird ein ausgeglichener Betriebspunkt erreicht.

Zusammenfassung

Wie Sie sehen können, stellt die BJT-Vorspannung sicher, dass der Transistor in einer Schaltung korrekt arbeitet und eine AC-Signalverstärkung bereitstellt. Dies wird durch die Auswahl von Widerständen erreicht, die den Arbeitspunkt des Transistors beeinflussen. Zusätzlich stellt sich der Kollektorübergang auf einen Sperrvorspannungszustand ein, während der Emitter-Basis-Zustand auf einen Vorwärtsvorspannungszustand eingestellt wird. Natürlich hängt das Schaltungsdesign ganz von der beabsichtigten Anwendung und dem, was Sie erreichen möchten, ab.

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