V této části se chystáme analyzovat konfiguraci společné základny BJT a naučit se o charakteristikách hnacích bodů, proudu zpětné saturace, napětí mezi základnou a emitorem a vyhodnotit parametry pomocí praktického řešeného příkladu. V dalších částech budeme také analyzovat, jak konfigurovat obvod zesilovače společné základny

Úvod

Symboly a anotace používané k reprezentaci společné konfigurace tranzistoru ve většině z nich
knihy a průvodce vytištěné v těchto dnech lze vidět na níže uvedeném obr. 3.6 To může platit pro tranzistory pnp i npn.

Obrázek 3.6

3.4 Co je konfigurace Common-Base

Termín „společná základna“ vychází ze skutečnosti, že zde je základna společná jak pro vstupní, tak pro výstupní fáze uspořádání.

Kromě toho se základna obvykle stává terminálem nejblíže potenciálu země nebo na něm.

Během našeho rozhovoru zde budou všechny aktuální (ampérové) směry brány s ohledem na konvenční směr (díry) toku, nikoli na směr toku elektronů.

O tomto výběru bylo rozhodnuto hlavně s obavami, že velké množství dokumentů nabízených akademickými a komerčními organizacemi implementuje konvenční tok a šipky v každé elektronické reprezentaci mají cestu identifikovanou touto konkrétní konvencí.

Pro jakýkoli bipolární tranzistor:

Značka šipky v grafickém symbolu popisuje směr toku proudu emitoru (konvenční tok) přes tranzistor.

Každý ze současných (Amp) směrů zobrazených na obr. 3.6 jsou skutečné směry charakterizované výběrem konvenčního toku. V každém případě si všimněte, že IE = IC + IB.

Všimněte si navíc, že předpětí (zdroje napětí) implementované jsou konkrétně pro zjištění proudu ve směru, který je specifikován pro každý z kanálů. To znamená, porovnejte směr IE s polaritou nebo VEE pro každou konfiguraci a také porovnejte směr IC s polaritou VCC.

Komplexně ilustruje činnost tříkoncové jednotky, například zesilovače společné základny na obr. 3.6 vyžaduje 2 sady vlastností - jednu pro hnací bod nebo vstupní faktory a další pro výstup sekce.

Sada vstupů pro zesilovač se společnou bází, jak je znázorněno na obr. 3.7, aplikuje na vstup vstupní proud (IE)
napětí (VBE) pro různé rozsahy výstupního napětí (VCB).

charakteristiky jízdního bodu pro konfiguraci BJT se společnou základnou

The výstupní sada aplikuje výstupní proud (IC) na výstupní napětí (VCB) pro různé rozsahy vstupního proudu (IE), jak je znázorněno na obr. 3.8. Výstup nebo skupina charakteristik kolektorů má 3 základní zajímavé prvky, jak je uvedeno na obr. 3.8: aktivní oblasti, mezní hodnoty a oblasti nasycení . Aktivní oblast bude oblast obvykle užitečná pro lineární (nezkreslené) zesilovače. Konkrétně:

V aktivní oblasti bude spojení kolektor-základna předpětí, zatímco spojení základna-emitor je předpětí.

Aktivní oblast je charakterizována konfiguracemi předpětí, jak je znázorněno na obr. 3.6. Na spodním konci aktivní oblasti bude emitorový proud (IE) nulový, kolektorový proud je v této situaci jednoduše výsledkem proudu ICO s reverzní saturací, jak je znázorněno na obr. 3.8.

charakteristiky kolektoru společné konfigurace

Aktuální ICO je v porovnání s vertikálním měřítkem IC (miliampéry) v rozměru tak zanedbatelný (mikroamperes), že se prezentuje prakticky na stejné vodorovné linii jako IC = 0.

Úvahy o obvodu, které jsou k dispozici, když IE = 0 pro nastavení společné základny lze vidět na obr. 3.9. Anotace nejčastěji používaná pro ICO na datových listech a specifikačních listech je uvedena na obr. 3.9, ICBO. Vzhledem k vynikajícím konstrukčním metodám je stupeň ICBO pro univerzální tranzistory (zejména křemík) v rozmezí nízkých a středních výkonů obvykle tak minimální, že lze jeho vliv přehlédnout.

Nicméně u větších energetických zařízení se ICBO může i nadále zobrazovat v rozsahu mikroampér. Kromě toho si pamatujte, že ICBO, stejně jako Je v případě diod (obě jsou zpětné svodové proudy) mohou být citlivé na změny teploty.

Při zvýšených teplotách může mít dopad ICBO zásadní aspekt, protože může výrazně rychle vzrůst v reakci na zvýšení teploty.

Uvědomte si na obr. 3.8, jak emitorový proud stoupá nad nulu, kolektorový proud stoupá na úroveň primárně ekvivalentní úrovni emitorového proudu, jak je stanoveno základními vztahy tranzistoru a proudu.

Všimněte si také, že existuje docela neúčinný vliv VCB na kolektorový proud pro aktivní oblast. Zakřivené tvary zjevně ukazují, že počáteční odhad vztahu mezi IE a IC v aktivní oblasti lze prezentovat jako:

Jak je odvozeno od samotného názvu, pod mezní oblastí se rozumí místo, kde je kolektorový proud 0 A, jak je uvedeno na obr. 3.8. Dále:

V cut-off oblasti přechody kolektor-základna a základna-emitor tranzistoru mají tendenci být v režimu reverzního předpětí.

Oblast nasycení je identifikována jako ta část charakteristik přes levou stranu VCB = 0 V. Horizontální měřítko v této oblasti bylo zvětšeno, aby se zřetelně odhalilo významné zlepšení provedené u atributů v této oblasti. Pozorujte exponenciální nárůst proudu kolektoru v reakci na zvýšení napětí VCB směrem k 0 V.

Spoje kolektor-základna a základna-emitor lze považovat za předpětí v oblasti nasycení.

Vstupní charakteristiky na obr. 3.7 ukazují, že pro jakékoli předem stanovené velikosti kolektorového napětí (VCB) se emitorový proud zvyšuje takovým způsobem, který se může silně podobat charakteristikám diody.

Ve skutečnosti má účinek rostoucí VCB tendenci být na charakteristiky tak minimální, že při jakémkoli předběžném vyhodnocení nelze ignorovat rozdíl způsobený změnami VCB a charakteristiky lze skutečně znázornit, jak je ukázáno na obr. 3.10a níže.

Použijeme-li tedy techniku po částech-lineární, vytvoří se charakteristiky, jak je znázorněno na obr. 3.10b.

Posunutí této úrovně o úroveň výš a ignorování sklonu křivky a následně odporu generovaného v důsledku dopředně předpojatého spojení povede k charakteristikám zobrazeným na obr. 3.10c.

U všech budoucích šetření, která budou diskutována na tomto webu, bude uplatněn ekvivalentní návrh na obr. 3.10c pro všechna stejnosměrná vyhodnocení tranzistorových obvodů. To znamená, že kdykoli je BJT ve stavu „vedení“, napětí mezi základnou a emitorem bude považováno za vyjádřené v následující rovnici: VBE = 0,7 V (3,4).

Jinými slovy, vliv změn hodnoty VCB spolu se sklonem vstupních charakteristik bude mít tendenci být přehlížen, protože se budeme snažit hodnotit konfigurace BJT takovým způsobem, který nám může pomoci získat optimální aproximaci směrem k skutečná odpověď, aniž bychom se příliš zapojovali do parametrů, které mohou mít menší význam.

Obrázek 3.10

Všichni bychom měli důkladně ocenit tvrzení vyjádřené ve výše uvedených charakteristikách obr. 3.10c. Definují, že s tranzistorem v „zapnutém“ nebo aktivním stavu bude napětí pohybující se od základny k emitoru 0,7 V pro jakékoli množství proudu emitoru regulovaného přidruženou sítí externích obvodů.

Přesněji řečeno, pro jakékoli počáteční experimenty s obvodem BJT v konfiguraci stejnosměrného proudu může uživatel nyní rychle definovat, že napětí mezi základnou a emitorem je 0,7 V, když je zařízení v aktivní oblasti - lze to považovat za extrémně rozhodující spodní řádek pro všechny naše dc analýzy, o kterých se pojednává v našich připravovaných článcích ..

Řešení praktického příkladu (3.1)

Ve výše uvedených částech jsme se dozvěděli, co je konfigurace běžné základny o vztahu mezi základním proudem I. C a emitorový proud I JE BJT v oddíle 3.4. S odkazem na tento článek nyní můžeme navrhnout konfiguraci, která by umožnila BJT zesilovat proud, jak je znázorněno na obr. 3.12 pod obvodem zesilovače společné základny.

Ale než to prozkoumáme, bude pro nás důležité zjistit, co je alfa (α).

Alfa (a)

V konfiguraci BJT se společnou základnou v režimu stejnosměrného proudu, vzhledem k účinku většinových nosných, aktuální I C a já JE tvoří vztah vyjádřený množstvím alfa a je prezentován jako:

A DC = Já C / Já JE -------------------- (3,5)

kde já C a já JE jsou aktuální úrovně na provozní bod . Ačkoli výše uvedená charakteristika identifikuje, že α = 1, v reálných zařízeních a experimentech by toto množství mohlo ležet kdekoli kolem 0,9 až 0,99 a ve většině případů by se to blížilo k maximální hodnotě rozsahu.

Vzhledem k tomu, že zde je alfa pro většinu dopravců specificky definována, Rovnice 3.2 které jsme se naučili v předchozí kapitoly nyní lze napsat jako:

S odkazem na charakteristika v grafu Obr. 3.8 , když já JE = 0 mA, I C hodnota se následně stává = I CBO.

Z našich předchozích diskusí však víme, že úroveň I CBO je často minimální, a proto se v grafu 3.8 stává téměř neidentifikovatelným.

To znamená, kdykoli já JE = 0 mA ve výše uvedeném grafu, I C také se změní na 0 mA pro V CB rozsah hodnot.

Když vezmeme v úvahu signál střídavého proudu, kde provozní bod prochází charakteristickou křivkou, lze ac alfa napsat jako:

Existuje několik formálních jmen daných ac alpha, které jsou: společná základna, zesilovací faktor, zkrat. Důvody těchto jmen se stanou zřetelnějšími v následujících kapitolách při hodnocení ekvivalentních obvodů BJT.

V tomto bodě můžeme zjistit, že Eq 3.7 výše potvrzuje, že relativně skromná variace proudu kolektoru se dělí výslednou změnou I JE , zatímco kolektor k základně je konstantní velikosti.

Ve většině podmínek je množství A a a A DC jsou téměř stejné, což umožňuje vzájemnou výměnu velikostí.

Zesilovač Common-Base

Základní akce zesílení napětí konfigurace společné základny.

Stejnosměrné předpětí se na výše uvedeném obrázku nezobrazuje, protože naším skutečným záměrem je analyzovat pouze střídavou odezvu.

Jak jsme se dozvěděli v našich dřívějších příspěvcích týkajících se společná základní konfigurace , vstupní střídavý odpor, jak je naznačeno na obr. 3.7, vypadá docela minimálně a typicky se mění v rozmezí 10 a 100 ohmů. Zatímco ve stejné kapitole jsme také viděli na obr. 3.8, výstupní odpor v síti se společnou základnou vypadá výrazně vysoký, což se může typicky lišit v rozsahu 50 k až 1 M Ohm.

Tyto rozdíly v hodnotách odporu jsou v zásadě způsobeny předpředpojatým spojem, který se objevuje na vstupní straně (mezi základnou a emitorem), a reverzně předpjatým spojem, který se objevuje na výstupní straně mezi základnou a kolektorem.

Použitím typické hodnoty řekněme 20 Ohmů (jak je uvedeno na výše uvedeném obrázku) pro vstupní odpor a 200mV pro vstupní napětí, můžeme vyhodnotit úroveň zesílení nebo rozsah na výstupní straně prostřednictvím následujícího vyřešeného příkladu:

Zesílení napětí na výstupu lze tedy najít řešením následující rovnice:

Toto je typická hodnota zesílení napětí pro jakýkoli běžný obvod BJT, který by se mohl pohybovat mezi 50 a 300. Pro takovou síť je aktuální zesílení IC / IE vždy menší než 1, protože IC = alphaIE a alfa je vždy menší než 1.