Смещение BJT:все, что вам нужно знать

Электронные схемы с возможностями усиления могут работать более эффективно, если биполярный транзистор подвергается смещению. Как правило, этот процесс включает в себя подачу на его выводы внешнего напряжения, которое переводит устройство в нужное состояние. Многие схемы обычно содержат резисторы для правильного распределения входного тока и уровней напряжения. Различные методы смещения BJT обеспечивают определенные характеристики, в то время как другие предотвращают тепловой разгон. По сути, это делает их очень полезными для приложений усиления.

Эта статья расскажет вам об основах смещения BJT и реализации схем. Итак, давайте посмотрим!

Что такое смещение BJT?

На этом изображении показан транзистор с биполярным переходом.

Источник:Викисклад

Вообще говоря, смещение транзистора включает в себя подачу определенного напряжения на клеммы базы и эмиттера биполярного транзистора, что повышает его эффективность и производительность. В этом случае процесс позволяет транзистору усиливать входной сигнал переменного тока в транзисторной схеме. Таким образом, смещение биполярного транзистора установит переход эмиттер-база в состояние прямого смещения. Тем временем пересечение база-коллектор будет настроено на состояние обратного смещения. Таким образом, он будет работать в активной области.

Смещение BJT зависит от резисторов для распределения правильного уровня напряжения.

Источник:Викисклад

Кроме того, резистор коллектора должен иметь номинал, позволяющий напряжению коллектор-эмиттер превышать 0,5 В для германиевых транзисторов и 1 В для кремниевых транзисторов.

Бета-версия BJT

Изображение, показывающее процесс протекания тока в биполярном переходном транзисторе.

Источник:Викисклад

Бета (β) относится к общей чувствительности устройства между током базы и уровнем усиления коллектора. Он также может определить коэффициент усиления устройства. Например, ток базы транзистора увеличится в 100 раз, если значение β соответствует этому значению. Конечно, этот фактор возникает, когда биполярный транзистор работает в прямом активном состоянии.

Схемы смещения BJT

Мы включили несколько примеров схем смещения BJT, полезных для целей усиления.

Фиксированное смещение

Схема цепи с фиксированным смещением.

Как видно на принципиальной схеме, базовый резистор (R_B ) подключается к V_CC и базовый терминал. В этом случае падение напряжения на R_B переводит переход база-эмиттер в состояние прямого смещения. Следующая формула определяет стоимость IB.

Оба V_CC и В_BE имеют фиксированное значение в схеме с фиксированным типом смещения. Между тем, R_B остается постоянным. В результате I_B также будет иметь постоянное значение, что приводит к ограниченной рабочей точке. Таким образом, этот тип смещения обеспечивает плохую термическую стабильность из-за коэффициента стабильности β+1.

Это происходит из-за непредсказуемости β-параметра транзистора. Он также может сильно отличаться, особенно при схожей модели и типе транзистора. I_С также будет меняться при изменении β. Следовательно, этот тип смещения, зависящий от β, может подвергаться изменениям рабочей точки из-за изменений характеристик транзистора и температуры.

В целом схема смещения с фиксированной базой основана на минимальном количестве компонентов и имеет упрощенную конструкцию. Регулируя значение RB в процессе, пользователи могут изменить рабочую точку активной области. Кроме того, источник не имеет нагрузки, так как переход база-эмиттер не имеет резисторов. В результате эта схема имеет коммутационные приложения.

Следующие уравнения относятся к напряжению и току для этой цепи:

Смещение коллектора к базе

На принципиальной схеме показана схема смещения коллектор-база.

В этой настройке смещения коллектор-база два резистора питают активную область транзистора смещением постоянного тока, несмотря на значение β. Поскольку смещение постоянного тока происходит от напряжения коллектора (V_C ), это обеспечивает превосходную стабильность.

Вместо шины питания (V_CC ), базовый резистор смещения (R_B ) соединяется с коллектором транзистора (C). Увеличение тока коллектора приведет к уменьшению напряжения коллектора. По сути, базовый привод уменьшается, уменьшая ток коллектора. Это гарантирует, что точка Q транзистора останется фиксированной. Таким образом, метод смещения обратной связи коллектора создает вокруг транзистора отрицательную обратную связь. Это происходит потому, что RB получает прямой ввод с выхода, распределяя его на входной терминал.

Падение напряжения на нагрузочном резисторе (R_L ) создает напряжение смещения. Таким образом, увеличение тока нагрузки приведет к значительному падению напряжения на нагрузочном резисторе. Между тем, это приводит к уменьшению напряжения коллектора. После этого базовый ток (I_B ) упадет, вернув I_C к своему первоначальному значению.

Снижение тока коллектора вызывает обратную реакцию. В этом случае этот предвзятый подход относится к самопредвзятости. В целом, эта конструкция прекрасно подходит для многих проектов усилителей.

Вы можете найти уравнение цепи для смещения коллектор-база ниже:

Фиксированное смещение с эмиттерным резистором

Фиксированное смещение со схемой эмиттерного резистора.

На принципиальной схеме показана цепь постоянного смещения, подключенная к эмиттеру транзистора с помощью внешнего резистора (R_E ). Ток эмиттера увеличивается, если V_BE остается постоянной при повышении температуры. Но повышенный ток эмиттера (I_E ) вызывает повышение напряжения на эмиттере (V_E =Я_Е Р_Э ), что приводит к снижению напряжения на базовом резисторе (R_B ).

Приведенное ниже уравнение определяет напряжение на базовом резисторе.

Между тем, вы можете определить базовый ток по следующей формуле:

Это уменьшает ток базы, что приводит к уменьшению тока коллектора, поскольку IC соответствует IB. Формула IC =α IE (α равна 1) определяет ток коллектора и эмиттера. В результате это противодействует повышению температуры тока эмиттера, обеспечивая устойчивую рабочую точку. Замена транзистора альтернативным типом может изменить I_C ценность. Использование той же техники, что и выше, аннулирует любые изменения, сохраняя постоянную рабочую точку. Следовательно, эта сеть смещения обеспечивает улучшенную поддержку по сравнению с сетью смещения с фиксированной базой.

В целом схема использует это уравнение:

Смещение делителя напряжения или делителя потенциала

Схема делителя напряжения.

Как видите, два внешних резистора R₁ и R₂ , интегрировать в эту схему, чтобы создать делитель напряжения. Эта установка позволяет генерировать напряжение на R₂ установить эмиттерный переход транзистора в состояние прямого смещения. В целом, ток, протекающий через резистор R₂ будет в десять раз выше, чем необходимый базовый ток.

Как правило, этот тип смещения означает, что изменения, происходящие в V_BE и β не повлияет на I_C, что, в свою очередь, обеспечивает максимальную термическую стабильность. Повышение температуры вызовет повышение IC и IE. Это приводит к более высокому напряжению эмиттера, что приводит к более низкому напряжению база-эмиттер. Впоследствии это приводит к уменьшению тока базы (I_B ), возвращая I_C в исходное состояние.

Несмотря на уменьшенный коэффициент усиления усилителя, эта схема смещения имеет широкое применение благодаря максимальной стабильности.

Схема основана на приведенной ниже формуле:

Смещение эмиттера

Схема цепи, показывающая схему смещения эмиттера.

Схема, как показано выше, использует два источника питания, известных как V_CC. и В_EE работать. Они имеют совпадающие, но противоположные полярности. В_EE устанавливает переход база-эмиттер в состояние прямого смещения. Между тем, В_CC формирует пересечение коллектор-база в состояние обратного смещения.

Кроме того, I_C можно положиться на R_E>> Р_Б /β и V_EE>> В_BE а не V_BE и β. Это обеспечивает сбалансированную рабочую точку.

Обзор

Как видите, смещение биполярного транзистора обеспечивает правильную работу транзистора в цепи, обеспечивая усиление сигнала переменного тока. Это достигается за счет выбора резисторов, влияющих на рабочую точку транзистора. Кроме того, коллекторный переход устанавливается в состояние обратного смещения, в то время как эмиттер-база устанавливается в состояние прямого смещения. Конечно, конструкция схемы будет полностью зависеть от предполагаемого применения и того, чего вы хотите достичь.

Есть ли у вас какие-либо вопросы относительно предвзятости BJT? Не стесняйтесь связаться с нами!