Inzicht in Common Base Configuration in BJT's

In deze sectie gaan we de gemeenschappelijke basisconfiguratie van BJT analyseren en leren over de stuurpuntkarakteristieken, de omgekeerde verzadigingsstroom, de basis-emitterspanning en de parameters evalueren aan de hand van een praktisch opgelost voorbeeld. In de latere delen zullen we ook analyseren hoe we een common-base versterkercircuit kunnen configureren

Invoering

De symbolen en annotaties die worden gebruikt voor het weergeven van de gemeenschappelijke basisconfiguratie van de transistor in de meeste
de boeken en gidsen die tegenwoordig worden gedrukt, zijn te zien in de hieronder getoonde figuur 3.6. Dit kan gelden voor zowel pnp- als npn-transistors.

Figuur 3.6

3.4 Wat is Common-Base-configuratie?

De term 'common-base' komt voort uit het feit dat hier de basis gemeenschappelijk is voor zowel de ingangs- als de eindtrap van de opstelling.

Bovendien wordt de basis typisch de aansluiting die het dichtst bij of op het aardpotentiaal ligt.

Tijdens ons gesprek hier zullen alle huidige (Ampère) richtingen worden gevolgd met betrekking tot de conventionele (gat) stroomrichting en niet de elektronenstroomrichting.

Deze selectie is voornamelijk besloten met de zorg dat de grote hoeveelheid documenten die wordt aangeboden bij academische en commerciële organisaties de conventionele stroom implementeert, en de pijlen in elke elektronische weergave een pad hebben dat is geïdentificeerd met deze specifieke conventie.

Voor elke bipolaire transistor:

De pijlmarkering in het grafische symbool beschrijft de stroomrichting van de emitterstroom (conventionele stroom) over de transistor.

Elk van de stroom (Amp) richtingen die getoond worden in Fig. 3.6 zijn de echte richtingen zoals gekenmerkt door de selectie van conventionele stroom. Let er in elk geval op dat IE = IC + IB.

Merk bovendien op dat de geïmplementeerde voorspanning (spanningsbronnen) specifiek is om de stroom vast te stellen in de richting die is gespecificeerd voor elk van de kanalen. Dit betekent dat u de richting van IE met de polariteit of VEE voor elke configuratie vergelijkt, en ook de richting van IC met de polariteit van VCC.

Om de acties van een eenheid met drie terminals volledig te illustreren, bijvoorbeeld de common-base versterkers in Fig. 3.6 vereist 2 sets eigenschappen - één voor de rijpunt of inputfactoren en de andere voor de output sectie.

De ingangsset voor de common-base versterker zoals weergegeven in Fig. 3.7 past een ingangsstroom (IE) toe op een ingang
spanning (VBE) voor verschillende bereiken van uitgangsspanning (VCB).

De uitgangsset past een uitgangsstroom (IC) toe voor een uitgangsspanning (VCB) voor verschillende bereiken van ingangsstroom (IE), zoals getoond in Fig. 3.8. De output, of de groep van collectorkarakteristieken, bevat 3 fundamentele elementen die van belang zijn, zoals aangegeven in figuur 3.8: de actieve, afsnij- en verzadigingsregio's ​Het actieve gebied zal het gebied zijn dat typisch bruikbaar is voor lineaire (onvervormde) versterkers. Specifiek:

Binnen het actieve gebied zal de collector-basisovergang in tegengestelde richting zijn, terwijl de basis-emitterovergang voorwaarts is voorgespannen.

Het actieve gebied wordt gekenmerkt door de voorspanningsconfiguraties zoals aangegeven in figuur 3.6. Aan de onderkant van het actieve gebied zal de emitterstroom (IE) nul zijn, de collectorstroom is in deze situatie eenvoudig als gevolg van de omgekeerde verzadigingsstroom ICO, zoals geïllustreerd in Fig. 3.8.

De huidige ICO is zo verwaarloosbaar (microamperes) qua afmeting in vergelijking met de verticale schaal van IC (milliampère) dat deze zich praktisch op dezelfde horizontale lijn presenteert als IC = 0.

De circuitoverwegingen die aanwezig zijn wanneer IE = 0 voor de common-base setup zijn te zien in Fig. 3.9. De annotatie die het meest wordt toegepast voor ICO op datasheets en specificatiebladen is zoals aangegeven in Fig. 3.9, ICBO. Vanwege superieure ontwerpmethoden is de mate van ICBO voor transistors voor algemene doeleinden (met name silicium) binnen het lage en middelhoge vermogen normaal zo minimaal dat de invloed ervan over het hoofd zou kunnen worden gezien.

Dat gezegd hebbende, voor apparaten met een groter vermogen kan ICBO blijven verschijnen in het microampère-bereik. Onthoud bovendien dat ICBO, net als Is in het geval van diodes (beide zijn omgekeerde lekstromen) kunnen kwetsbaar zijn voor temperatuurschommelingen.

Bij verhoogde temperaturen kan de impact van ICBO een cruciaal aspect zijn, omdat het aanzienlijk snel kan stijgen als reactie op temperatuurverhogingen.

Let op in Fig. 3.8: als de emitterstroom boven nul stijgt, gaat de collectorstroom omhoog tot een niveau dat primair gelijk is aan dat van de emitterstroom zoals vastgesteld door de fundamentele transistor-stroomrelaties.

Merk ook op dat er een nogal ineffectieve invloed is van VCB op de collectorstroom voor het actieve gebied. De gebogen vormen laten duidelijk zien dat een eerste schatting van de relatie tussen IE en IC in het actieve gebied kan worden gepresenteerd als:

Zoals afgeleid uit de titel zelf, wordt onder het afsnijgebied de locatie verstaan ​​waar de collectorstroom 0 A is, zoals beschreven in Fig. 3.8. Verder:

In het afsnijgebied hebben de collector-basis- en basis-emitterovergangen van een transistor de neiging om in de omgekeerde voorgespannen modus te zijn.

Het verzadigingsgebied wordt geïdentificeerd als dat gedeelte van de kenmerken aan de linkerkant van VCB = 0 V. De horizontale schaal in dit gebied is vergroot om duidelijk de opmerkelijke verbeteringen te laten zien die zijn aangebracht op attributen in dit gebied. Observeer de exponentiële stijging van de collectorstroom als reactie op de toename van de spanning VCB naar 0 V.

De collector-basis- en basis-emitterovergangen kunnen worden gezien als voorwaartse voorspanning in het verzadigingsgebied.

De ingangskarakteristieken van Fig. 3.7 laten zien dat voor elke vooraf bepaalde grootte van de collectorspanning (VCB) de emitterstroom toeneemt op een manier die sterk kan lijken op die van de diodekarakteristieken.

In feite is het effect van een stijgende VCB meestal zo minimaal op de kenmerken dat voor elke voorlopige evaluatie het verschil veroorzaakt door variaties in VCB zou kunnen worden genegeerd en de kenmerken daadwerkelijk zouden kunnen worden weergegeven zoals getoond in Fig. 3.10a hieronder.

Als we daarom de stuksgewijs-lineaire techniek toepassen, levert dit de karakteristieken op zoals getoond in figuur 3.10b.

Door dit niveau omhoog te gaan en de helling van de curve en bijgevolg de weerstand die wordt gegenereerd als gevolg van een voorwaartse junctie, te negeren, worden de kenmerken weergegeven zoals weergegeven in figuur 3.10c.

Voor alle toekomstige onderzoeken die op deze website zouden worden besproken, zal het equivalente ontwerp van Fig. 3.10c worden gebruikt voor alle gelijkstroomevaluaties van transistorschakelingen. Dit betekent dat wanneer een BJT zich in de 'geleidende' status bevindt, de basis-naar-emitterspanning wordt beschouwd als uitgedrukt in de volgende vergelijking: VBE = 0,7 V (3,4).

Anders gezegd, de invloed van de veranderingen in de waarde van VCB samen met de helling van de invoerkarakteristieken zal vaak over het hoofd worden gezien, aangezien we ons best doen om BJT-configuraties te evalueren op een manier die ons kan helpen een optimale benadering te verkrijgen van de daadwerkelijke reactie, zonder ons al te veel bezig te houden met parameters die van minder belang kunnen zijn.

Figuur 3.10

We zouden eigenlijk allemaal de bewering die wordt uitgedrukt in de bovenstaande kenmerken van figuur 3.10c, grondig moeten waarderen. Ze definiëren dat met de transistor in de 'aan' of actieve toestand de spanning die van basis naar emitter beweegt 0,7 V zal zijn voor elke hoeveelheid emitterstroom zoals geregeld door het bijbehorende externe circuitnetwerk.

Om preciezer te zijn, voor elk eerste experiment met een BJT-circuit in de gelijkstroomconfiguratie, kan de gebruiker nu snel bepalen dat de spanning via basis naar emitter 0,7 V is terwijl het apparaat zich in het actieve gebied bevindt - dit kan als een extreem cruciale bottom line voor al onze dc-analyse die in onze komende artikelen zou worden besproken.

Een praktijkvoorbeeld oplossen (3.1)

In de bovenstaande secties hebben we geleerd wat de common-base-configuratie is over de relatie tussen basisstroom I C en emitter huidige I IS van een BJT in paragraaf 3.4. Met verwijzing naar dit artikel kunnen we nu een configuratie ontwerpen waarmee de BJT de stroom kan versterken, zoals weergegeven in figuur 3.12 onder de common-base versterkerschakeling.

Maar voordat we dit onderzoeken, is het belangrijk dat we weten wat alfa (α) is.

Alfa (a)

In een common-base BJT-configuratie in de dc-modus, vanwege het effect van de meerderheidsdragers, de huidige I C en ik IS vormen een relatie uitgedrukt door de hoeveelheid alpha, en gepresenteerd als:

een gelijkstroom = Ik C / Ik IS ​ (3,5)

waar ik C en ik IS zijn de huidige niveaus op de punt van operatie ​Hoewel het bovenstaande kenmerk aangeeft dat α = 1, zou deze hoeveelheid in echte apparaten en experimenten ergens tussen de 0,9 en 0,99 kunnen liggen, en in de meeste gevallen zou dit de maximale waarde van het bereik benaderen.

Vanwege het feit dat hier alfa specifiek is gedefinieerd voor de meeste luchtvaartmaatschappijen, is de Eq 3.2 die we hadden geleerd in de vorige hoofdstukken nu kan worden geschreven als:

Verwijzend naar de karakteristiek in grafiek Fig 3.8 , toen ik IS = 0 mA, ik C waarde wordt bijgevolg = I CBO.

Uit onze eerdere discussies weten we echter dat het niveau van I CBO is vaak minimaal, en daarom wordt het bijna niet identificeerbaar in de grafiek van 3.8.

Betekenis, wanneer ik IS = 0 mA in de bovengenoemde grafiek, I. C verandert ook in 0 mA voor de V CB bereik van waarden.

Wanneer we een ac-signaal beschouwen, waarbij het werkpunt over de karakteristieke curve reist, kan een ac-alfa worden geschreven als:

Er zijn een paar formele namen gegeven aan ac alpha, namelijk: common-base, versterkingsfactor, kortsluiting. De redenen voor deze namen zullen duidelijker worden in de komende hoofdstukken bij het evalueren van gelijkwaardige circuits van BJT's.

Op dit punt kunnen we zien dat vergelijking 3.7 hierboven bevestigt dat een relatief bescheiden variatie in de collectorstroom wordt gedeeld door de resulterende verandering in I IS , terwijl de collector-naar-basis een constante grootte heeft.

In de meeste omstandigheden is de hoeveelheid een en en een gelijkstroom zijn bijna gelijk waardoor een onderlinge uitwisseling van grootheden mogelijk is.

Common-Base-versterker

De gelijkstroomvoorspanning wordt niet weergegeven in de bovenstaande afbeelding, omdat het onze werkelijke bedoeling is om alleen de wisselstroomrespons te analyseren.

Zoals we hebben geleerd in onze eerdere berichten over common-base configuratie , ziet de AC-ingangsweerstand zoals aangegeven in Fig. 3.7 er vrij minimaal uit en varieert typisch binnen een bereik van 10 en 100 ohm. Terwijl we in hetzelfde hoofdstuk ook in figuur 3.8 zagen, ziet de uitgangsweerstand in een common-base netwerk er significant hoog uit, wat typisch kan variëren in het bereik van 50 k tot 1 M Ohm.

Deze verschillen in weerstandswaarden zijn in wezen te wijten aan de voorwaarts voorgespannen overgang die verschijnt aan de ingangszijde (tussen basis naar emitter) en de omgekeerde voorgespannen overgang die verschijnt aan de uitgangszijde tussen basis en collector.

Door een typische waarde toe te passen van bijvoorbeeld 20 Ohm (zoals weergegeven in de bovenstaande afbeelding) voor de ingangsweerstand en 200mV voor ingangsspanning, kunnen we de versterkingsniveau of bereik aan de uitgangszijde door het volgende opgeloste voorbeeld:

De spanningsversterking aan de uitgang kan dus worden gevonden door de volgende vergelijking op te lossen:

Dit is een typische spanningsversterkingswaarde voor elk BJT-circuit met een gemeenschappelijke basis die mogelijk kan variëren tussen 50 en 300. Voor een dergelijk netwerk is de stroomversterking IC / IE altijd kleiner dan 1, aangezien IC = alphaIE, en alpha altijd kleiner is dan 1.

In voorbereidende experimenten werd de fundamentele versterkende werking geïntroduceerd via een overdracht van de huidige ik over een laag naar een hoog weerstand circuit.

De relatie tussen de twee cursieve zinnen in de bovenstaande zin resulteerde eigenlijk in de term transistor:

trans doen + opnieuw sistor ​ transistor.

In de volgende tutorial zullen we Common-Emitter Amplifier bespreken

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