ในแง่ง่ายๆการให้น้ำหนักใน BJT อาจถูกกำหนดให้เป็นกระบวนการที่ BJT ถูกเปิดใช้งานหรือเปิดโดยใช้ DC ขนาดเล็กกว่าที่อยู่ตรงข้ามขั้วฐาน / ตัวปล่อยเพื่อให้สามารถนำ DC ที่มีขนาดค่อนข้างใหญ่กว่าได้ ขั้วของตัวปล่อยสะสม

การทำงานของทรานซิสเตอร์แบบสองขั้วหรือ BJT ที่ระดับ DC นั้นถูกควบคุมโดยปัจจัยหลายประการซึ่งรวมถึงช่วงของ จุดปฏิบัติการ มากกว่าลักษณะของอุปกรณ์

ภายใต้หัวข้อ 4.2 ที่อธิบายไว้ในบทความนี้เราจะตรวจสอบรายละเอียดเกี่ยวกับช่วงนี้ จุดปฏิบัติการ สำหรับเครื่องขยายเสียง BJT เมื่อคำนวณวัสดุสิ้นเปลือง DC ที่ระบุแล้วการออกแบบวงจรอาจถูกสร้างขึ้นเพื่อกำหนดจุดปฏิบัติการที่ต้องการ

ความหลากหลายของการกำหนดค่าดังกล่าวได้รับการตรวจสอบในบทความนี้ นอกจากนี้ทุกโมเดลที่กล่าวถึงจะระบุถึงความเสถียรของแนวทางซึ่งหมายความว่าระบบมีความอ่อนไหวเพียงใดต่อพารามิเตอร์ที่กำหนด

แม้ว่าจะมีการตรวจสอบเครือข่ายจำนวนมากในส่วนนี้ แต่ก็มีความคล้ายคลึงกันพื้นฐานอย่างหนึ่งระหว่างการประเมินของแต่ละโครงร่างเนื่องจากการใช้ความสัมพันธ์พื้นฐานที่สำคัญซ้ำ ๆ ต่อไปนี้:

ในสถานการณ์ส่วนใหญ่ IB ฐานปัจจุบันเป็นปริมาณแรกที่ต้องสร้างขึ้น เมื่อระบุ IB แล้วความสัมพันธ์ของ Eqs (4.1) สามารถดำเนินการผ่านทาง (4.3) เพื่อให้ได้ปริมาณที่เหลือที่เป็นปัญหา

“ระบบปฏิบัติการ android คืออะไร ”

ความคล้ายคลึงในการประเมินจะปรากฏให้เห็นได้อย่างรวดเร็วเมื่อเราก้าวไปสู่ส่วนต่อ ๆ ไป

สมการสำหรับ IB นั้นเหมือนกันมากสำหรับการออกแบบหลาย ๆ แบบซึ่งสูตรหนึ่งอาจได้มาจากอีกแบบหนึ่งโดยเพียงแค่ลบหรือแทรกองค์ประกอบหรือสององค์ประกอบ

วัตถุประสงค์หลักของบทนี้คือการสร้างระดับความเข้าใจของทรานซิสเตอร์ BJT ซึ่งจะช่วยให้คุณสามารถใช้การวิเคราะห์ DC ของวงจรใด ๆ ที่มีเครื่องขยายเสียง BJT เป็นองค์ประกอบ

4.2 จุดปฏิบัติการ

คำ การให้น้ำหนัก ที่ปรากฏในชื่อบทความนี้เป็นคำในเชิงลึกซึ่งหมายถึงการใช้แรงดันไฟฟ้ากระแสตรงและเพื่อกำหนดระดับกระแสและแรงดันคงที่ใน BJT

สำหรับแอมพลิฟายเออร์ BJT กระแสไฟฟ้ากระแสตรงและแรงดันไฟฟ้าที่เป็นผลลัพธ์จะสร้างไฟล์ จุดปฏิบัติการ เกี่ยวกับลักษณะที่สร้างพื้นที่ซึ่งเหมาะสำหรับการขยายสัญญาณที่ต้องการ เนื่องจากจุดปฏิบัติการเป็นจุดที่กำหนดไว้ล่วงหน้าตามลักษณะจึงสามารถเรียกว่าจุดนิ่ง (ย่อว่า Q-point)

'นิ่ง' ตามคำจำกัดความหมายถึงความเงียบนิ่งนิ่งอยู่ประจำ รูปที่ 4.1 แสดงลักษณะเอาต์พุตมาตรฐานของ BJT ที่มี 4 จุดปฏิบัติการ . วงจรการให้น้ำหนักสามารถพัฒนาเพื่อสร้าง BJT บนจุดใดจุดหนึ่งเหล่านี้หรือจุดอื่น ๆ ภายในพื้นที่ที่ใช้งานอยู่

การให้คะแนนสูงสุดจะระบุตามลักษณะของรูปที่ 4.1 ผ่านเส้นแนวนอนสำหรับ ICmax ปัจจุบันของตัวเก็บรวบรวมสูงสุดและเส้นตั้งฉากบนแรงดันไฟฟ้าตัวสะสมถึงตัวส่งสูงสุด VCEmax

ขีด จำกัด กำลังสูงสุดระบุจากเส้นโค้ง PCmax ในรูปเดียวกัน ที่ด้านล่างสุดของกราฟเราจะเห็นพื้นที่ตัดซึ่งระบุโดย IB ≤0μและพื้นที่อิ่มตัวระบุโดย VCE ≤ VCEsat

หน่วย BJT อาจมีความเอนเอียงนอกขีด จำกัด สูงสุดที่ระบุไว้เหล่านี้ แต่ผลที่ตามมาของกระบวนการดังกล่าวจะส่งผลให้อายุการใช้งานของอุปกรณ์เสื่อมลงอย่างมีนัยสำคัญหรือความเสียหายทั้งหมดของอุปกรณ์

การ จำกัด ค่าระหว่างภูมิภาคที่ใช้งานที่ระบุไว้อาจเลือกได้หลายแบบ พื้นที่ปฏิบัติการหรือจุด . โดยปกติแล้วจุด Q ที่เลือกจะขึ้นอยู่กับข้อกำหนดที่ต้องการของวงจร

อย่างไรก็ตามเราสามารถพิจารณาความแตกต่างบางประการจากจำนวนจุดต่างๆที่แสดงในรูปที่ 4.1 เพื่อให้คำแนะนำพื้นฐานบางประการเกี่ยวกับ จุดปฏิบัติการ ดังนั้นวงจรอคติ

หากไม่มีการใช้ไบแอสในตอนแรกอุปกรณ์จะยังคงปิดอยู่ทั้งหมดทำให้จุด Q อยู่ที่ A นั่นคือกระแสเป็นศูนย์ผ่านอุปกรณ์ (และ 0V อยู่ตรงข้าม) เนื่องจากจำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องมีอคติ BJT เพื่อให้สามารถตอบสนองต่อสัญญาณอินพุตที่กำหนดได้เต็มช่วงจุด A อาจดูไม่เหมาะสม

สำหรับจุด B เมื่อสัญญาณเชื่อมต่อกับวงจรอุปกรณ์จะแสดงการเปลี่ยนแปลงของกระแสและแรงดันไฟฟ้าผ่านทาง จุดปฏิบัติการ ทำให้อุปกรณ์ตอบสนองต่อ (และอาจขยาย) ทั้งแอปพลิเคชันเชิงบวกและเชิงลบของสัญญาณอินพุต

เมื่อสัญญาณอินพุตถูกใช้อย่างเหมาะสมแรงดันและกระแสของ BJT อาจเปลี่ยนไป ..... อย่างไรก็ตามอาจไม่เพียงพอที่จะกระตุ้นให้อุปกรณ์เข้าสู่การตัดหรืออิ่มตัว

จุด C อาจช่วยให้สัญญาณเอาต์พุตเบี่ยงเบนไปทางบวกและลบได้ แต่ขนาดสูงสุดถึงจุดสูงสุดอาจถูก จำกัด ไว้ที่ความใกล้เคียงของ VCE = 0V / IC = 0 mA

การทำงานที่จุด C ในทำนองเดียวกันอาจทำให้เกิดความกังวลเล็กน้อยเกี่ยวกับความไม่เป็นเชิงเส้นเนื่องจากความจริงที่ว่าช่องว่างระหว่างเส้นโค้ง IB สามารถเปลี่ยนแปลงได้อย่างรวดเร็วในพื้นที่นี้โดยเฉพาะ

โดยทั่วไปแล้วการใช้งานอุปกรณ์ที่อัตราขยายของอุปกรณ์ค่อนข้างสม่ำเสมอ (หรือเชิงเส้น) จะดีกว่ามากเพื่อรับประกันว่าการขยายสัญญาณของการแกว่งโดยรวมของสัญญาณอินพุตยังคงสม่ำเสมอ

จุด B เป็นพื้นที่ที่แสดงระยะห่างเชิงเส้นที่สูงขึ้นและด้วยเหตุนี้กิจกรรมเชิงเส้นที่มากขึ้นดังที่ระบุในรูปที่ 4.1

จุด D สร้างอุปกรณ์ จุดปฏิบัติการ ใกล้เคียงกับระดับแรงดันไฟฟ้าและพลังงานสูงสุด ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าขาออกที่ขีด จำกัด บวกจึงถูก จำกัด เมื่อไม่ควรเกินแรงดันไฟฟ้าสูงสุด

จุด B เป็นผลลัพธ์ที่สมบูรณ์แบบ จุดปฏิบัติการ เกี่ยวกับการได้รับเชิงเส้นและการเปลี่ยนแปลงแรงดันและกระแสที่ใหญ่ที่สุดที่เป็นไปได้

เราจะอธิบายสิ่งนี้ในอุดมคติสำหรับเครื่องขยายสัญญาณขนาดเล็ก (บทที่ 8) อย่างไรก็ตามไม่ใช่สำหรับเพาเวอร์แอมป์เสมอไป .... เราจะพูดถึงเรื่องนี้ในภายหลัง

ภายในวาทกรรมนี้ฉันจะมุ่งเน้นไปที่การให้น้ำหนักทรานซิสเตอร์เป็นหลักโดยคำนึงถึงฟังก์ชันการขยายสัญญาณขนาดเล็ก

มีปัจจัยการให้น้ำหนักที่สำคัญมากอีกประการหนึ่งที่ต้องพิจารณา มีความมุ่งมั่นและลำเอียง BJT ด้วยอุดมคติ จุดปฏิบัติการ ควรประเมินผลกระทบของอุณหภูมิด้วย

ช่วงความร้อนจะทำให้ขอบเขตของอุปกรณ์เช่นกำไรกระแสทรานซิสเตอร์ (ac) และกระแสรั่วของทรานซิสเตอร์ (ICEO) เบี่ยงเบนไป ช่วงอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นจะทำให้เกิดกระแสรั่วไหลใน BJT มากขึ้นและจะแก้ไขข้อกำหนดการทำงานที่กำหนดโดยเครือข่ายการให้น้ำหนัก

นี่หมายความว่ารูปแบบเครือข่ายยังจำเป็นต้องอำนวยความสะดวกในระดับความเสถียรของอุณหภูมิเพื่อให้แน่ใจว่าผลกระทบที่เปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิจะมีการเปลี่ยนแปลงน้อยที่สุดใน จุดปฏิบัติการ . การบำรุงรักษาจุดปฏิบัติการนี้สามารถกำหนดได้ด้วยปัจจัยความเสถียร S ซึ่งหมายถึงระดับของการเบี่ยงเบนในจุดปฏิบัติการที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ

ขอแนะนำให้ใช้วงจรที่มีความเสถียรอย่างเหมาะสมที่สุดและจะมีการประเมินคุณสมบัติที่เสถียรของวงจรอคติที่จำเป็นหลายอย่างที่นี่ เพื่อให้ BJT มีความเอนเอียงภายในพื้นที่ปฏิบัติการเชิงเส้นหรือมีประสิทธิผลต้องปฏิบัติตามจุดที่ระบุด้านล่าง:

1. จุดเชื่อมต่อตัวส่งสัญญาณฐานควรมีความเอนเอียงไปข้างหน้า (แรงดันไฟฟ้าภาคบวกเป็นบวกอย่างมาก) ทำให้แรงดันไฟฟ้าไบแอสไปข้างหน้าอยู่ที่ประมาณ 0.6 ถึง 0.7 V.

2. จุดเชื่อมต่อตัวสะสมฐานจะต้องมีความเอนเอียงแบบย้อนกลับ (n-region เป็นบวกอย่างมาก) โดยที่แรงดันไบแอสย้อนกลับจะอยู่ที่ค่าบางค่าภายในขีด จำกัด สูงสุดของ BJT

[โปรดจำไว้ว่าสำหรับการไบแอสไปข้างหน้าแรงดันไฟฟ้าข้ามจุดเชื่อมต่อ p-n จะเป็น น - บวกและสำหรับอคติย้อนกลับจะมีการย้อนกลับด้วย n -บวก. การมุ่งเน้นไปที่ตัวอักษรตัวแรกควรช่วยให้คุณจำขั้วของแรงดันไฟฟ้าที่จำเป็นได้อย่างง่ายดาย]

การดำเนินการในพื้นที่ตัดความอิ่มตัวและเชิงเส้นของคุณลักษณะ BJT มักจะนำเสนอดังที่อธิบายไว้ด้านล่าง:

1. การดำเนินการเชิงเส้นภูมิภาค:

ทางแยกฐานปล่อยไปข้างหน้าลำเอียง

ทางแยกฐานสะสมกลับลำเอียง

สอง. การทำงานของพื้นที่ตัด:

ทางแยกฐานปล่อยกลับลำเอียง

“แอปพลิเคชั่นแปลงอนาล็อกเป็นดิจิตอล ”

3. การทำงานของพื้นที่อิ่มตัว:

ทางแยกฐานปล่อยไปข้างหน้าลำเอียง

ตัวแยกฐานไปข้างหน้าลำเอียง

4.3 วงจรคงที่ - BIAS

วงจรไบอัสคงที่ของรูปที่ 4.2 ได้รับการออกแบบโดยมีภาพรวมที่ค่อนข้างง่ายและไม่ซับซ้อนของการวิเคราะห์ไบแอสของทรานซิสเตอร์

แม้ว่าเครือข่ายจะใช้ทรานซิสเตอร์ NPN แต่สูตรและการคำนวณสามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพเท่าเทียมกันกับการตั้งค่าทรานซิสเตอร์ PNP เพียงแค่กำหนดค่าเส้นทางการไหลปัจจุบันและขั้วแรงดันไฟฟ้าใหม่

ทิศทางปัจจุบันของรูปที่ 4.2 เป็นทิศทางปัจจุบันของแท้และแรงดันไฟฟ้าจะถูกระบุโดยคำอธิบายประกอบแบบ double-subscript แบบสากล

สำหรับการวิเคราะห์กระแสตรงการออกแบบอาจแยกออกจากระดับ AC ที่กล่าวถึงได้ง่ายๆโดยการสลับตัวเก็บประจุด้วยวงจรเปิดที่เทียบเท่า

ยิ่งไปกว่านั้น VCC ของแหล่งจ่ายไฟ dc สามารถแบ่งออกเป็นวัสดุสิ้นเปลืองแยกกันสองสามชุด (สำหรับการประเมินผลเท่านั้น) ตามที่พิสูจน์แล้วในรูปที่ 4.3 เพื่อให้วงจรอินพุตและเอาท์พุตแตก

สิ่งนี้จะลดความเชื่อมโยงระหว่างทั้งสองกับ IB ฐานปัจจุบันให้น้อยที่สุด การแยกส่วนนั้นถูกต้องตามกฎหมายอย่างแน่นอนดังแสดงในรูปที่ 4.3 โดยที่ VCC ต่อเข้ากับ RB และ RC โดยตรงเช่นเดียวกับในรูปที่ 4.2

ส่งต่อ Bias of Base – Emitter

ก่อนอื่นเรามาวิเคราะห์วงจรตัวปล่อยฐานที่แสดงด้านบนในรูปที่ 4.4 ถ้าเราใช้สมการแรงดันไฟฟ้าของ Kirchhoff ในทิศทางตามเข็มนาฬิกาสำหรับลูปเราจะได้สมการต่อไปนี้:

เราจะเห็นว่าขั้วของแรงดันตกคร่อม RB ตามที่กำหนดผ่านทิศทางของ IB ปัจจุบัน การแก้สมการสำหรับ IB ปัจจุบันทำให้เราได้ผลลัพธ์ดังต่อไปนี้:

สมการ (4.4)

สมการ (4.4) เป็นสมการที่สามารถจดจำได้ง่ายเพียงแค่จำไว้ว่ากระแสฐานที่นี่จะกลายเป็นกระแสที่ไหลผ่าน RB และโดยใช้กฎของโอห์มตามที่กระแสไฟฟ้าเท่ากับแรงดันไฟฟ้าข้าม RB หารด้วยความต้านทาน RB .

แรงดันไฟฟ้าข้าม RB คือแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ VCC ที่ปลายด้านหนึ่งน้อยกว่าการลดลงของทางแยกฐานสู่ตัวปล่อย (VBE)
นอกจากนี้เนื่องจากการจ่าย VCC และแรงดันไฟฟ้าของตัวปล่อยฐาน VBE เป็นปริมาณคงที่การเลือกตัวต้านทาน RB ที่ฐานจะกำหนดปริมาณกระแสพื้นฐานสำหรับระดับการเปลี่ยน

Collector – Emitter Loop

รูปที่ 4.5 แสดงขั้นตอนวงจรตัวปล่อยตัวเก็บรวบรวมซึ่งมีการนำเสนอทิศทางของ IC ปัจจุบันและขั้วที่สอดคล้องกันใน RC
ค่าของกระแสสะสมสามารถเห็นได้ว่าเกี่ยวข้องโดยตรงกับ IB ผ่านสมการ:

สมการ (4.5)

คุณอาจพบว่ามันน่าสนใจที่จะเห็นว่าเนื่องจากกระแสพื้นฐานขึ้นอยู่กับปริมาณของ RB และ IC เชื่อมโยงกับ IB ผ่านค่าคงที่βขนาดของ IC จึงไม่ได้เป็นหน้าที่ของ RC ความต้านทาน

การปรับ RC เป็นค่าอื่นจะไม่ส่งผลใด ๆ ต่อระดับ IB หรือแม้แต่ IC ตราบเท่าที่ยังคงรักษาพื้นที่ที่ใช้งานอยู่ของ BJT
จากที่กล่าวมาคุณจะพบว่าขนาดของ VCE ถูกกำหนดโดยระดับ RC และนี่อาจเป็นสิ่งสำคัญที่ต้องพิจารณา

ถ้าเราใช้กฎแรงดันไฟฟ้าของ Kirchhoff ในทิศทางตามเข็มนาฬิกาข้ามวงปิดที่แสดงในรูปที่ 4.5 จะสร้างสมการสองสมการต่อไปนี้:

สมการ (4.6)

สิ่งนี้บ่งชี้ว่าแรงดันไฟฟ้าข้ามตัวปล่อยสะสมของ BJT ภายในวงจรไบแอสคงที่คือแรงดันไฟฟ้าที่เทียบเท่ากับการตกที่เกิดขึ้นใน RC
หากต้องการทราบอย่างรวดเร็วของสัญกรณ์ตัวห้อยเดี่ยวและสองครั้งให้จำได้ว่า:

VCE = VC - VE -------- (4.7)

โดยที่ VCE ระบุแรงดันไฟฟ้าที่ไหลจากตัวเก็บรวบรวมไปยังตัวปล่อย VC และ VE คือแรงดันไฟฟ้าที่ส่งผ่านจากตัวเก็บรวบรวมและตัวปล่อยไปยังพื้นดินตามลำดับ แต่ที่นี่เนื่องจาก VE = 0 V เรามี

VCE = VC -------- (4.8)
ด้วยเพราะเรามี
VBE = VB - และ -------- (4.9)
และเนื่องจาก VE = 0 ในที่สุดเราก็ได้รับ:
VBE = VB -------- (4.10)

โปรดจำประเด็นต่อไปนี้:

ในขณะที่วัดระดับแรงดันไฟฟ้าเช่น VCE ตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้ใส่หัววัดสีแดงของโวลต์มิเตอร์บนขาตัวเก็บและหัววัดสีดำบนขาตัวปล่อยดังแสดงในรูปต่อไปนี้