Grundlegendes zur allgemeinen Basiskonfiguration in BJTs

Grundlegendes zur allgemeinen Basiskonfiguration in BJTs

In diesem Abschnitt analysieren wir die Common-Base-Konfiguration von BJT und lernen die Antriebspunktcharakteristik, den Sperrstrom, die Spannung von Basis zu Emitter sowie die Parameter anhand eines praktischen Beispiels kennen. In den späteren Abschnitten werden wir auch analysieren, wie eine Common-Base-Verstärkerschaltung konfiguriert wird

Einführung

Die Symbole und Anmerkungen, die zur Darstellung der gemeinsamen Basiskonfiguration des Transistors in den meisten Fällen verwendet werden
Die Bücher und Anleitungen, die heutzutage gedruckt werden, sind in der folgenden Abbildung zu sehen. Abb. 3.6 Dies gilt möglicherweise sowohl für PNP- als auch für NPN-Transistoren.



Abbildung 3.6



3.4 Was ist eine Common-Base-Konfiguration?

Der Begriff 'gemeinsame Basis' ergibt sich aus der Tatsache, dass hier die Basis sowohl den Eingangs- als auch den Ausgangsstufen der Anordnung gemeinsam ist.

Darüber hinaus wird die Basis typischerweise zum Anschluss, der dem Erdpotential am nächsten liegt oder auf diesem liegt.



Während unseres Gesprächs hier werden alle aktuellen (Ampere) Richtungen in Bezug auf die konventionelle (Loch-) Strömungsrichtung und nicht auf die Elektronenflussrichtung genommen.

Diese Auswahl wurde hauptsächlich mit der Sorge getroffen, dass die große Menge an Dokumenten, die bei akademischen und kommerziellen Organisationen angeboten wird, den konventionellen Fluss implementiert und die Pfeile in jeder elektronischen Darstellung einen Pfad besitzen, der mit dieser spezifischen Konvention identifiziert ist.

Für jeden Bipolartransistor:



Die Pfeilmarkierung im grafischen Symbol beschreibt die Flussrichtung des Emitterstroms (herkömmlicher Fluss) durch den Transistor.

Jede der in Abb. 3.6 gezeigten Stromrichtungen (Ampere) ist die echte Richtung, die durch die Auswahl des herkömmlichen Durchflusses gekennzeichnet ist. Beachten Sie jeweils, dass IE = IC + IB.

Beachten Sie außerdem, dass die implementierten Vorspannungen (Spannungsquellen) speziell dazu dienen, den Strom in der Richtung zu ermitteln, die für jeden der Kanäle angegeben ist. Das heißt, vergleichen Sie die Richtung von IE mit der Polarität oder VEE für jede Konfiguration und vergleichen Sie auch die Richtung von IC mit der Polarität von VCC.

Um die Aktionen einer Einheit mit drei Anschlüssen umfassend zu veranschaulichen, z Common-Base-Verstärker in Abb. 3.6 werden 2 Sätze von Eigenschaften verlangt - einer für die Antriebspunkt oder Eingabefaktoren und die anderen für die Ausgabe Sektion.

Der in Abb. 3.7 dargestellte Eingangssatz für den Common-Base-Verstärker legt einen Eingangsstrom (IE) an einen Eingang an
Spannung (VBE) für eine Vielzahl von Bereichen der Ausgangsspannung (VCB).

Antriebspunktcharakteristik für eine Common-Base-BJT-Konfiguration

Das Ausgangssatz Wendet einen Ausgangsstrom (IC) für eine Ausgangsspannung (VCB) für eine Vielzahl von Eingangsstrombereichen (IE) an, wie in Abb. 3.8 gezeigt. Der Ausgang oder die Gruppe der Kollektoreigenschaften besitzt drei grundlegende Elemente von Interesse, wie in Abb. 3.8 dargestellt: die aktiven, Cutoff- und Sättigungsbereiche . Der aktive Bereich ist der Bereich, der typischerweise für lineare (unverzerrte) Verstärker nützlich ist. Speziell:

Innerhalb des aktiven Bereichs ist der Kollektor-Basis-Übergang in Sperrrichtung vorgespannt, während der Basis-Emitter-Übergang in Vorwärtsrichtung vorgespannt ist.

Der aktive Bereich ist durch die in Abb. 3.6 gezeigten Vorspannungskonfigurationen gekennzeichnet. Am unteren Ende des aktiven Bereichs ist der Emitterstrom (IE) Null, der Kollektorstrom ist in dieser Situation einfach das Ergebnis des umgekehrten Sättigungsstroms ICO, wie in Abb. 3.8 dargestellt.

Eigenschaften des Common-Base-Konfigurationskollektors

Der aktuelle ICO ist im Vergleich zur vertikalen Skala des IC (Milliampere) so vernachlässigbar (Mikroampere), dass er sich praktisch auf derselben horizontalen Linie wie IC = 0 befindet.

Die Schaltungsüberlegungen, die vorliegen, wenn IE = 0 für den Common-Base-Aufbau ist, sind in Abb. 3.9 zu sehen. Die für ICO am häufigsten auf Datenblättern und technischen Datenblättern verwendete Anmerkung ist in Abb. 3.9, ICBO dargestellt. Aufgrund überlegener Entwurfsmethoden ist der ICBO-Grad für Allzwecktransistoren (insbesondere Silizium) im Bereich niedriger und mittlerer Leistung normalerweise so gering, dass sein Einfluss übersehen werden könnte.

Reverse-Sättigung des Common-Base-Netzwerks

Bei größeren Leistungsgeräten kann ICBO jedoch weiterhin im Mikroampere-Bereich angezeigt werden. Denken Sie außerdem daran, dass ICBO genau wie Ist Im Falle von Dioden (beide sind umgekehrte Leckströme) können Temperaturänderungen auftreten.

Bei erhöhten Temperaturen kann der Einfluss von ICBO ein entscheidender Aspekt sein, da er als Reaktion auf Temperaturerhöhungen erheblich schnell ansteigen kann.

Beachten Sie in Abb. 3.8, dass der Kollektorstrom bei einem Anstieg des Emitterstroms über Null auf ein Niveau ansteigt, das in erster Linie dem des Emitterstroms entspricht, der durch die grundlegenden Transistor-Strom-Beziehungen festgelegt wird.

Beachten Sie auch, dass VCB einen ziemlich ineffektiven Einfluss auf den Kollektorstrom für den aktiven Bereich hat. Die gekrümmten Formen zeigen offensichtlich, dass eine erste Schätzung der Beziehung zwischen IE und IC im aktiven Bereich wie folgt dargestellt werden kann:

Unter dem Titel selbst wird der Grenzbereich als der Ort verstanden, an dem der Kollektorstrom 0 A beträgt, wie in Abb. 3.8 dargestellt. Außerdem:

Im Grenzbereich neigen die Kollektor-Basis- und Basis-Emitter-Übergänge eines Transistors dazu, sich im Sperrmodus zu befinden.

Der Sättigungsbereich wird als der Abschnitt der Merkmale auf der linken Seite von VCB = 0 V identifiziert. Die horizontale Skala in diesem Bereich wurde vergrößert, um die bemerkenswerten Verbesserungen der Attribute in diesem Bereich deutlich zu machen. Beobachten Sie den exponentiellen Anstieg des Kollektorstroms als Reaktion auf den Anstieg der VCB-Spannung in Richtung 0 V.

Die Kollektor-Basis- und Basis-Emitter-Übergänge sind im Sättigungsbereich als Vorwärtsvorspannung zu sehen.

Die Eingangskennlinien von Abb. 3.7 zeigen, dass der Emitterstrom für alle vorgegebenen Größen der Kollektorspannung (VCB) so ansteigt, dass er stark den Diodenkennlinien ähnelt.

Tatsächlich ist die Auswirkung eines steigenden VCB auf die Eigenschaften tendenziell so gering, dass bei jeder vorläufigen Bewertung der Unterschied, der durch Variationen des VCB verursacht wird, ignoriert und die Eigenschaften tatsächlich dargestellt werden könnten, wie in Abb. 3.10a unten gezeigt.

Wenn wir daher die stückweise lineare Technik verwenden, ergeben sich die in Abb. 3.10b gezeigten Eigenschaften.

Wenn Sie diese eine Ebene nach oben nehmen und die Steigung der Kurve und folglich den Widerstand, der aufgrund eines vorwärts vorgespannten Übergangs erzeugt wird, nicht berücksichtigen, erhalten Sie die in Abb. 3.10c gezeigten Eigenschaften.

Für alle zukünftigen Untersuchungen, die auf dieser Website diskutiert werden, wird das äquivalente Design von Abb. 3.10c für alle Gleichstromauswertungen von Transistorschaltungen angewendet. Das heißt, wenn sich ein BJT im 'leitenden' Status befindet, wird die Basis-Emitter-Spannung als in der folgenden Gleichung ausgedrückt betrachtet: VBE = 0,7 V (3,4).

Anders ausgedrückt, der Einfluss der Änderungen des VCB-Werts zusammen mit der Steigung der Eingangseigenschaften wird häufig übersehen, da wir uns bemühen, BJT-Konfigurationen so zu bewerten, dass wir eine optimale Annäherung an die erhalten können tatsächliche Antwort, ohne uns zu sehr mit Parametern zu befassen, die von geringerer Bedeutung sein können.

Abbildung 3.10

Wir alle sollten die Behauptung, die in den obigen Merkmalen von Abb. 3.10c zum Ausdruck kommt, wirklich gründlich würdigen. Sie definieren, dass bei eingeschaltetem oder aktivem Transistor die Spannung, die sich von der Basis zum Emitter bewegt, für jede Menge an Emitterstrom, die durch das zugehörige externe Schaltungsnetzwerk geregelt wird, 0,7 V beträgt.

Genauer gesagt kann der Benutzer für jedes anfängliche Experimentieren mit einer BJT-Schaltung in der Gleichstromkonfiguration jetzt schnell definieren, dass die Spannung von der Basis zum Emitter 0,7 V beträgt, während sich das Gerät im aktiven Bereich befindet - dies kann als extrem angesehen werden Entscheidendes Fazit für alle unsere DC-Analysen, die in unseren kommenden Artikeln behandelt werden.

Lösen eines praktischen Beispiels (3.1)

In den obigen Abschnitten haben wir gelernt, was eine Common-Base-Konfiguration über die Beziehung zwischen Basisstrom I ist C. und Emitterstrom I. IS eines BJT in Abschnitt 3.4. Mit Bezug auf diesen Artikel können wir nun eine Konfiguration entwerfen, die es dem BJT ermöglicht, den Strom zu verstärken, wie in Abb. 3.12 unter der Common-Base-Verstärkerschaltung dargestellt.

Bevor wir dies untersuchen, ist es wichtig, dass wir lernen, was Alpha (α) ist.

Alpha (a)

In einer BJT-Konfiguration mit gemeinsamer Basis im Gleichstrommodus wird aufgrund der Wirkung der Mehrheitsträger der Strom I. C. und ich IS bilden eine Beziehung, ausgedrückt durch die Menge Alpha, und dargestellt als:

ein dc = Ich C. / ICH IS -------------------- (3.5)

wo ich C. und ich IS sind die aktuellen Werte bei der Betriebspunkt . Obwohl das obige Merkmal anzeigt, dass α = 1 ist, könnte diese Größe in realen Vorrichtungen und Experimenten irgendwo zwischen 0,9 und 0,99 liegen, und in den meisten Fällen würde sich dies dem Maximalwert des Bereichs nähern.

Aufgrund der Tatsache, dass Alpha hier speziell für die Mehrheitsbetreiber definiert ist, wird die Gleichung 3.2 was wir in der gelernt hatten vorherige Kapitel Jetzt kann geschrieben werden als:

Alpha im gemeinsamen Basisverstärker

In Bezug auf Charakteristik in Grafik Abb. 3.8 , wenn ich IS = 0 mA, I. C. Wert wird folglich = I. CBO.

Aus unseren vorherigen Diskussionen wissen wir jedoch, dass das Niveau von I. CBO ist oft minimal und wird daher in der Grafik von 3.8 fast nicht mehr identifizierbar.

Das heißt, wann immer ich IS = 0 mA in der oben erwähnten Grafik, I. C. wird auch für das V zu 0 mA CB Wertebereich.

Wenn wir ein Wechselstromsignal betrachten, bei dem sich der Betriebspunkt über die Kennlinie bewegt, kann ein Wechselstrom-Alpha wie folgt geschrieben werden:

Alpha-AC-Konstante

Es gibt einige formale Namen für ac alpha: Common-Base, Verstärkungsfaktor, Kurzschluss. Die Gründe für diese Namen werden in den kommenden Kapiteln bei der Bewertung von Ersatzschaltbildern für BJTs deutlicher.

An diesem Punkt können wir feststellen, dass Gleichung 3.7 oben bestätigt, dass eine relativ bescheidene Änderung des Kollektorstroms durch die resultierende Änderung von I geteilt wird IS , während der Kollektor-Basis eine konstante Größe aufweist.

In den meisten Fällen ist die Menge von ein und und ein dc sind fast gleich und ermöglichen einen Größenaustausch untereinander.

Common-Base-Verstärker

Grundlegende Spannungsverstärkungswirkung der Common-Base-Konfiguration.

Die Gleichstromvorspannung ist in der obigen Abbildung nicht dargestellt, da unsere eigentliche Absicht darin besteht, nur die Wechselstromantwort zu analysieren.

Wie wir in unseren früheren Beiträgen erfahren haben Common-Base-Konfiguration Der in Abb. 3.7 gezeigte Eingangswechselstromwiderstand sieht recht minimal aus und variiert typischerweise in einem Bereich von 10 bis 100 Ohm. Während wir im selben Kapitel auch in Abb. 3.8 gesehen haben, sieht der Ausgangswiderstand in einem Common-Base-Netzwerk signifikant hoch aus, was typischerweise im Bereich von 50 k bis 1 M Ohm variieren kann.

Diese Unterschiede in den Widerstandswerten sind im Wesentlichen auf den vorwärts vorgespannten Übergang zurückzuführen, der auf der Eingangsseite (zwischen Basis und Emitter) auftritt, und auf den rückwärts vorgespannten Übergang, der auf der Ausgangsseite zwischen Basis und Kollektor auftritt.

Durch Anwenden eines typischen Wertes von beispielsweise 20 Ohm (wie in der obigen Abbildung angegeben) für den Eingangswiderstand und 200 mV für die Eingangsspannung können wir den Wert bewerten Verstärkungsstufe oder Bereich auf der Ausgangsseite durch das folgende gelöste Beispiel:

Somit kann die Spannungsverstärkung am Ausgang durch Lösen der folgenden Gleichung ermittelt werden:

Dies ist ein typischer Spannungsverstärkungswert für jede BJT-Schaltung mit gemeinsamer Basis, der möglicherweise zwischen 50 und 300 variieren kann. Für ein solches Netzwerk ist der Stromverstärkungs-IC / IE immer kleiner als 1, da IC = alphaIE und alpha immer kleiner als 1.

In Vorversuchen wurde die grundlegende Verstärkungswirkung durch a eingeführt Transfer des Stroms ich über ein Tief bis ein Hoch- Widerstand Schaltkreis.

Die Beziehung zwischen den beiden kursiven Phrasen im obigen Satz führte tatsächlich zum Begriff Transistor:

trans do + re sistor = Transistor.

Im nächsten Tutorial werden wir uns mit dem Common-Emitter-Verstärker befassen

Referenz: https://en.wikipedia.org/wiki/Common_base




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