Voltage-Divider Bias ในวงจร BJT - มีเสถียรภาพมากขึ้นโดยไม่มีปัจจัยเบต้า

การให้น้ำหนักขั้วของทรานซิสเตอร์สองขั้วโดยใช้เครือข่ายตัวต้านทานที่คำนวณได้เพื่อให้มั่นใจได้ถึงประสิทธิภาพที่ดีที่สุดและการตอบสนองการสลับเรียกว่าการให้น้ำหนักตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้า

ใน การออกแบบอคติก่อนหน้านี้ ที่เราเรียนรู้อคติปัจจุบัน I CQ และแรงดันไฟฟ้า V. CEQ เป็นฟังก์ชันของกำไรปัจจุบัน (β) ของ BJT

แต่อย่างที่เราทราบกันดีว่าβอาจเสี่ยงต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับทรานซิสเตอร์ซิลิกอนและค่าที่แท้จริงของเบต้ามักไม่ได้รับการระบุอย่างถูกต้องขอแนะนำให้พัฒนาแรงดันไฟฟ้า - Divider bias ในวงจร BJT ที่อาจน้อยกว่า มีแนวโน้มที่จะอุณหภูมิหรือไม่ขึ้นกับ BJT beta เอง

การจัดเรียงไบอัสตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าของรูปที่ 4.25 ถือได้ว่าเป็นหนึ่งในการออกแบบเหล่านี้

เมื่อตรวจสอบด้วย พื้นฐานที่แน่นอน ความอ่อนไหวต่อรูปแบบต่างๆของเบต้านั้นดูเรียบง่ายมาก หากตัวแปรวงจรทำงานได้อย่างเหมาะสมระดับของ I CQ และ V CEQ แทบจะไม่ขึ้นกับเบต้าเลย

โปรดจำไว้ว่าจากคำอธิบายก่อนหน้านี้ว่าจุด Q นั้นมีลักษณะเป็น ICQ และ VCEQ ในระดับคงที่ดังแสดงในรูปที่ 4.26

ระดับของฉัน BQ สามารถเปลี่ยนแปลงได้ขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนแปลงในเบต้า แต่จุดปฏิบัติการรอบ ๆ ลักษณะที่ระบุโดย I CQ และ V CEQ สามารถไม่เปลี่ยนแปลงได้อย่างง่ายดายหากใช้แนวทางวงจรที่เหมาะสม

ดังที่กล่าวไว้ข้างต้นคุณจะพบสองวิธีที่สามารถใช้ในการตรวจสอบการตั้งค่าตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้า

เหตุผลเบื้องหลังการเลือกชื่อเฉพาะสำหรับวงจรนี้จะปรากฏชัดเจนในระหว่างการวิเคราะห์ของเราและจะกล่าวถึงในโพสต์ในอนาคต

อันแรกสุดคือ เทคนิคที่แน่นอน ซึ่งสามารถทำได้กับการตั้งค่าตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าใด ๆ

อันที่สองเรียกว่า วิธีการโดยประมาณ และการนำไปใช้งานจะเป็นไปได้เมื่อปัจจัยบางอย่างบรรลุผล วิธีการโดยประมาณ ช่วยให้สามารถวิเคราะห์ได้โดยตรงมากขึ้นโดยใช้ความพยายามและเวลาขั้นต่ำ

นอกจากนี้สิ่งนี้ยังมีประโยชน์อย่างมากสำหรับ 'โหมดการออกแบบ' ซึ่งเราจะพูดถึงในส่วนต่อไป
โดยรวมตั้งแต่ 'แนวทางโดยประมาณ' สามารถใช้งานได้กับเงื่อนไขส่วนใหญ่ดังนั้นจึงต้องได้รับการประเมินด้วยความสนใจในระดับเดียวกับ 'วิธีการที่แน่นอน'

การวิเคราะห์ที่แน่นอน

มาเรียนรู้วิธีการ การวิเคราะห์ที่แน่นอน สามารถใช้งานได้ด้วยคำอธิบายต่อไปนี้

อ้างอิงจากรูปต่อไปนี้ด้านอินพุตของเครือข่ายสามารถทำซ้ำได้ดังแสดงในรูปที่ 4.27 สำหรับการวิเคราะห์กระแสตรง

เทียบเท่าThévenin เครือข่ายสำหรับการออกแบบทางด้านซ้ายของฐาน BJT B จากนั้นสามารถกำหนดได้ตามภาพประกอบด้านล่าง:

RTh : จุดจ่ายอินพุตจะถูกแทนที่ด้วยการลัดวงจรที่เทียบเท่าดังแสดงในรูปที่ 4.28 ด้านล่าง

ETh: แหล่งจ่ายแรงดัน V กระแสตรง ถูกนำกลับไปใช้กับวงจรและแรงดันไฟฟ้าThéveninแบบเปิดตามที่ปรากฏในรูปที่ 4.29 ด้านล่างได้รับการประเมินตามที่ระบุด้านล่าง:

การใช้กฎตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าเรามาถึงสมการต่อไปนี้:

ถัดไปโดยการสร้างการออกแบบThéveninใหม่ตามที่แสดงในรูปที่ 4.30 เราประเมิน I BQ โดยใช้กฎแรงดันไฟฟ้าของ Kirchhoff ในทิศทางตามเข็มนาฬิกาสำหรับลูปเป็นครั้งแรก:

ETh - IBRTh - VBE - IERE = 0

อย่างที่เราทราบ IE = (β + 1) ข แทนที่ในลูปด้านบนและแก้สำหรับ I ข ให้:

สมการ 4.30

แวบแรกคุณอาจรู้สึกได้ถึง Eq (4.30) ดูค่อนข้างแตกต่างจากสมการอื่น ๆ ที่พัฒนาจนถึงตอนนี้อย่างไรก็ตามเมื่อมองใกล้ ๆ จะแสดงให้เห็นว่าตัวเศษเป็นเพียงความแตกต่างของระดับโวลต์สองระดับในขณะที่ตัวส่วนเป็นผลมาจากความต้านทานพื้นฐาน + ตัวต้านทานตัวปล่อยซึ่งสะท้อนให้เห็น โดย (β + 1) และไม่ต้องสงสัยเลยว่าคล้ายกับ Eq (4.17) ( Base Emitter Loop )

เมื่อคำนวณ IB ผ่านสมการข้างต้นแล้วขนาดที่เหลือในการออกแบบสามารถระบุได้ด้วยวิธีการเดียวกับที่เราทำกับเครือข่าย emitter-bias ดังที่แสดงด้านล่าง:

สมการ (4.31)

การแก้ตัวอย่างการปฏิบัติ (4.7)
คำนวณแรงดันไฟฟ้าอคติ DC V นี้ และปัจจุบัน I ค ในเครือข่ายตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าที่แสดงด้านล่าง มะเดื่อ 4.31

รูปที่ 4.31 วงจรเบต้าที่เสถียรสำหรับตัวอย่าง 4.7

การวิเคราะห์โดยประมาณ

ในส่วนข้างต้นเราได้เรียนรู้ 'วิธีการที่แน่นอน' ที่นี่เราจะพูดถึง 'วิธีการโดยประมาณ' ในการวิเคราะห์ตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าของวงจร BJT

เราสามารถวาดขั้นตอนการป้อนข้อมูลของเครือข่ายแบ่งแรงดันไฟฟ้าตาม BJT ได้ดังแสดงในรูปที่ 4.32 ด้านล่าง

ความต้านทาน Ri อาจถือได้ว่าเป็นความต้านทานที่เทียบเท่าระหว่างฐานและสายกราวด์ของวงจรและ RE เป็นตัวต้านทานระหว่างตัวปล่อยและกราวด์

จากการพูดคุยครั้งก่อนของเรา [Eq. (4.18)] เรารู้ว่าความต้านทานที่เกิดขึ้นใหม่หรือสะท้อนระหว่างฐาน / ตัวปล่อยของ BJT นั้นถูกอธิบายโดยสมการ รี = (β + 1) RE.

หากเราพิจารณาสถานการณ์ที่ Ri ใหญ่กว่าแนวต้าน R2 มากจะส่งผลให้ IB ค่อนข้างเล็กกว่า I2 (โปรดจำไว้ว่ากระแสจะพยายามค้นหาและเคลื่อนไปยังทิศทางของแนวต้านต่ำสุดเสมอ) ดังนั้น I2 จะเปลี่ยนเป็น I1 โดยประมาณ

การพิจารณาค่าโดยประมาณของ IB ให้เป็นศูนย์โดยสัมพันธ์กับ I1 หรือ I2 ดังนั้น I1 = I2 และ R1 และ R2 อาจถือได้ว่าเป็นองค์ประกอบของอนุกรม

รูปที่ 4.32 วงจรอคติบางส่วนสำหรับคำนวณแรงดันไฟฟ้าฐานโดยประมาณ V ข .

แรงดันไฟฟ้าข้าม R2 ซึ่งเดิมจะเป็นแรงดันไฟฟ้าฐานสามารถประเมินได้ดังที่แสดงด้านล่างโดยใช้เครือข่ายกฎตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้า:

ตั้งแต่ตอนนี้ รี = (β + 1) RE ≅ ข RE, เงื่อนไขที่ยืนยันว่าการดำเนินการของวิธีการโดยประมาณเป็นไปได้หรือไม่นั้นขึ้นอยู่กับสมการ:

พูดง่ายๆว่าถ้าค่า RE คูณค่าของ is ไม่น้อยกว่า 10 เท่าของค่า R2 ก็อาจได้รับอนุญาตให้ใช้การวิเคราะห์โดยประมาณด้วยความแม่นยำสูงสุด

หลังจากประเมิน VB แล้วขนาด VE สามารถกำหนดได้โดยสมการ:

ในขณะที่กระแสของตัวปล่อยสามารถคำนวณได้โดยใช้สูตร:

แรงดันไฟฟ้าจากตัวเก็บรวบรวมถึงตัวปล่อยสามารถระบุได้โดยใช้สูตรต่อไปนี้:

VCE = VCC - ICRC - IERE

อย่างไรก็ตามตั้งแต่นั้นมา IE ≅ IC, เรามาถึงสมการต่อไปนี้:

ควรสังเกตว่าในชุดการคำนวณที่เราทำจาก Eq (4.33) ถึง Eq. (4.37) องค์ประกอบβไม่มีอยู่ที่ใดและยังไม่ได้คำนวณ IB

นี่หมายความว่าจุด Q (ตามที่กำหนดโดย I CQ และ V CEQ ) เป็นผลให้ไม่ขึ้นอยู่กับค่าของβ
ตัวอย่างการปฏิบัติ (4.8):

ลองใช้การวิเคราะห์ของเราก่อนหน้านี้ รูปที่ 4.31 โดยใช้วิธีการโดยประมาณและเปรียบเทียบโซลูชันสำหรับ ICQ และ VCEQ

ที่นี่เราสังเกตว่าระดับของ VB นั้นเหมือนกับ ETh ตามที่ประเมินไว้ในตัวอย่างก่อนหน้า 4.7 ความหมายโดยทั่วไปคือความแตกต่างระหว่างการวิเคราะห์โดยประมาณและการวิเคราะห์ที่แน่นอนได้รับอิทธิพลจาก RTh ซึ่งมีหน้าที่แยก ETh และ VB ในการวิเคราะห์ที่แน่นอน

ก้าวไปข้างหน้า

ตัวอย่างถัดไป 4.9

มาทำการวิเคราะห์ที่แน่นอนของตัวอย่าง 4.7 ถ้าβลดลงเป็น 70 และค้นหาความแตกต่างระหว่างโซลูชันสำหรับ ICQ และ VCEQ

วิธีการแก้
ไม่สามารถนำตัวอย่างนี้มาเปรียบเทียบระหว่างกลยุทธ์ที่แน่นอนกับกลยุทธ์โดยประมาณแทนที่จะใช้สำหรับการทดสอบระดับที่จุด Q อาจเคลื่อนที่ในกรณีที่ขนาดของβลดลง 50% เท่านั้น RTh และ ETh จะได้รับเหมือนกัน:

การจัดเรียงผลลัพธ์ในรูปแบบตารางทำให้เราได้รับสิ่งต่อไปนี้:

จากตารางด้านบนเราสามารถเข้าใจได้อย่างชัดเจนว่าวงจรค่อนข้างไม่ตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของระดับβ แม้ว่าความจริงแล้วขนาดβจะลดลงอย่างมีนัยสำคัญถึง 50% จากค่า 140 เป็น 70 แม้ว่าค่าของ ICQ และ VCEQ จะเท่ากันก็ตาม

ตัวอย่างถัดไป 4.10

ประเมินระดับของ I CQ และ V CEQ สำหรับเครือข่ายตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าดังแสดงในรูปที่ 4.33 โดยใช้ แน่นอน และ โดยประมาณ แนวทางและเปรียบเทียบผลการแก้ปัญหา

ในสถานการณ์ปัจจุบันเงื่อนไขที่กำหนดใน Eq (4.33) อาจไม่พอใจอย่างไรก็ตามคำตอบอาจช่วยให้เราระบุความแตกต่างในการแก้ปัญหาด้วยเงื่อนไขของ Eq (4.33) ไม่ถูกนำมาพิจารณา
รูปที่ 4.33 ตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้า เครือข่ายสำหรับตัวอย่างที่ 4.10

การแก้โดยใช้การวิเคราะห์ที่แน่นอน:

การแก้โดยใช้การวิเคราะห์โดยประมาณ:


จากการประเมินข้างต้นเราสามารถเห็นความแตกต่างระหว่างผลลัพธ์ที่ได้จากวิธีการที่แน่นอนและวิธีการโดยประมาณ

ผลปรากฏว่าฉัน CQ สูงกว่าประมาณ 30% สำหรับวิธีการโดยประมาณในขณะที่ V CEQ ต่ำกว่า 10% แม้ว่าผลลัพธ์จะไม่เหมือนกันมากนัก แต่เมื่อพิจารณาจากข้อเท็จจริงที่ว่าβREมากกว่า R2 เพียง 3 เท่า แต่ผลลัพธ์ก็ไม่ได้กว้างเกินไปเช่นกัน

กล่าวว่าสำหรับการวิเคราะห์ในอนาคตของเราเราจะอาศัย Eq เป็นหลัก (4.33) เพื่อให้แน่ใจว่ามีความคล้ายคลึงกันสูงสุดระหว่างการวิเคราะห์ทั้งสอง