Secara sederhana, bias dalam BJT dapat didefinisikan sebagai proses di mana BJT diaktifkan atau dinyalakan dengan menerapkan besaran DC yang lebih kecil di terminal basis / emitornya sehingga mampu melakukan besaran DC yang relatif lebih besar melintasi terminal emitor kolektornya.

Cara kerja transistor Bipolar atau BJT pada level DC diatur oleh beberapa faktor, yang mencakup rentang titik operasi atas karakteristik perangkat.

Di bawah bagian 4.2 yang dijelaskan dalam artikel ini, kami akan memeriksa detail tentang kisaran ini titik operasi untuk amplifier BJT. Setelah suplai DC yang ditentukan dihitung, desain sirkuit dapat dibuat untuk menentukan titik operasi yang diperlukan.

Berbagai konfigurasi seperti itu dibahas dalam artikel ini. Setiap model yang dibahas juga akan mengidentifikasi stabilitas pendekatan, yang berarti, seberapa sensitif sistem terhadap parameter tertentu.

Meskipun banyak jaringan diperiksa dalam bagian ini, mereka memiliki satu kesamaan mendasar antara penilaian setiap konfigurasi, karena penggunaan berulang-ulang hubungan fundamental penting berikut ini:

Dalam sebagian besar situasi, IB arus dasar kebetulan menjadi jumlah pertama yang perlu ditetapkan. Setelah IB diidentifikasi, hubungan Persamaan. (4.1) melalui (4.3) dapat diterapkan untuk mendapatkan sisa kuantitas yang dimaksud.

“pengantar desain sirkuit elektronik ”

Kemiripan dalam evaluasi akan segera terlihat saat kita melanjutkan ke bagian selanjutnya.

Persamaan untuk IB sangat identik untuk banyak desain sehingga satu rumus dapat diturunkan dari yang lain hanya dengan membuang atau memasukkan satu atau dua elemen.

Tujuan utama dari bab ini adalah untuk menetapkan tingkat pemahaman tentang transistor BJT yang akan memungkinkan Anda untuk menerapkan analisis DC dari hampir semua rangkaian yang memiliki penguat BJT sebagai elemen.

4.2 TITIK OPERASI

Kata bias Muncul di judul artikel ini adalah istilah mendalam yang menandakan implementasi tegangan DC, dan untuk menentukan tingkat arus dan tegangan tetap dalam BJT.

Untuk penguat BJT, arus dan tegangan dc yang dihasilkan menciptakan poin operasi pada karakteristik yang membentuk wilayah yang menjadi ideal untuk amplifikasi yang diperlukan dari sinyal yang diterapkan. Karena titik operasi kebetulan merupakan titik yang telah ditentukan sebelumnya pada karakteristiknya, maka titik ini juga dapat disebut sebagai titik diam (disingkat titik-Q).

'Diam' menurut definisi menandakan keheningan, keheningan, tidak banyak bergerak. Gambar 4.1 menunjukkan karakteristik keluaran standar dari BJT yang memiliki 4 titik operasi . Sirkuit biasing dapat dikembangkan untuk membentuk BJT di salah satu titik ini atau yang lain di dalam wilayah aktif.

Peringkat maksimum ditunjukkan pada karakteristik Gambar 4.1 melalui garis horizontal untuk ICmax arus kolektor tertinggi dan garis tegak lurus pada tegangan kolektor-ke-emitor VCEmax tertinggi.

Batasan daya maksimum diidentifikasi dari kurva PCmax pada gambar yang sama. Di ujung bawah grafik kita dapat melihat daerah cutoff, diidentifikasi oleh IB ≤ 0μ, dan daerah saturasi, diidentifikasi oleh VCE ≤ VCEsat.

Unit BJT mungkin bias di luar batas maksimum yang ditunjukkan ini, tetapi konsekuensi dari proses tersebut akan mengakibatkan kerusakan signifikan pada masa pakai perangkat atau kerusakan total perangkat.

Membatasi nilai antara wilayah aktif yang ditunjukkan, seseorang dapat memilih berbagai area atau titik operasi . Titik-Q yang dipilih biasanya tergantung pada spesifikasi rangkaian yang diinginkan.

Namun, kami tentunya dapat mempertimbangkan beberapa perbedaan di antara jumlah poin yang diilustrasikan pada Gambar 4.1 untuk memberikan beberapa rekomendasi mendasar mengenai poin operasi , dan oleh karena itu, sirkuit bias.

Jika tidak ada bias yang diterapkan, perangkat pada awalnya akan tetap sepenuhnya MATI, menyebabkan titik-Q berada di A - yaitu, arus nol melalui perangkat (dan 0V di atasnya). Karena penting untuk membiaskan BJT agar dapat bereaksi untuk jangkauan penuh sinyal masukan yang diberikan, titik A mungkin tidak terlihat sesuai.

Untuk titik B, ketika sinyal dihubungkan ke rangkaian, perangkat akan menunjukkan variasi arus dan tegangan melalui poin operasi , memungkinkan perangkat untuk menanggapi (dan mungkin memperkuat) aplikasi positif dan negatif dari sinyal input.

Ketika sinyal input digunakan secara optimal, tegangan dan arus BJT mungkin akan berubah ..... namun mungkin tidak cukup untuk mengaktifkan perangkat ke dalam cut-off atau saturasi.

Titik C mungkin membantu penyimpangan positif dan negatif tertentu dari sinyal keluaran, tetapi besaran puncak-ke-puncak mungkin dibatasi pada kedekatan VCE = 0V / IC = 0 mA.

Bekerja di titik C juga dapat menyebabkan sedikit kekhawatiran sehubungan dengan non-linearitas karena fakta bahwa jarak antara kurva IB dapat berubah dengan cepat di area ini.

Secara umum, jauh lebih baik untuk mengoperasikan perangkat di mana penguatan perangkat agak konsisten (atau linier), untuk menjamin bahwa penguatan pada ayunan keseluruhan sinyal input tetap seragam.

Titik B adalah daerah yang menunjukkan jarak linier lebih tinggi dan karena alasan itu aktivitas linier lebih besar, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.1.

Titik D menetapkan perangkat poin operasi mendekati level tegangan dan daya tertinggi. Ayunan tegangan keluaran pada batas positif dengan demikian dibatasi ketika tegangan maksimum tidak boleh terlampaui.

Hasilnya titik B terlihat sempurna poin operasi berkaitan dengan penguatan linier dan kemungkinan variasi tegangan dan arus sebesar mungkin.

Kami akan menjelaskan ini dalam idealnya untuk penguat sinyal kecil (Bab 8) namun, tidak selalu untuk penguat daya, .... kita akan membicarakannya nanti.

Dalam wacana ini, saya akan fokus terutama pada bias transistor sehubungan dengan fungsi amplifikasi sinyal kecil.

Ada faktor bias lain yang sangat penting yang perlu diperhatikan. Setelah menentukan dan membiaskan BJT dengan cita-cita poin operasi , efek suhu juga harus dievaluasi.

Kisaran panas akan menyebabkan batas perangkat seperti penguatan arus transistor (ac) dan arus bocor transistor (ICEO) menyimpang. Kisaran suhu yang meningkat akan menyebabkan arus bocor yang lebih besar di BJT, dan dengan demikian akan mengubah spesifikasi operasi yang ditetapkan oleh jaringan biasing.

Ini menyiratkan bahwa pola jaringan juga perlu memfasilitasi tingkat stabilitas suhu untuk memastikan bahwa pengaruh variasi suhu dengan pergeseran minimal di poin operasi . Pemeliharaan titik operasi ini dapat ditentukan dengan faktor stabilitas, S, yang berarti tingkat penyimpangan titik operasi yang disebabkan oleh perubahan suhu.

Sirkuit yang distabilkan secara optimal disarankan, dan fitur stabil dari beberapa sirkuit bias penting akan dievaluasi di sini. Agar BJT bias di dalam wilayah operasi linier atau efektif, poin-poin yang diberikan di bawah ini harus dipenuhi:

1. Persimpangan basis-emitor harus bias maju (tegangan wilayah-p sangat positif), memungkinkan tegangan bias maju sekitar 0,6 hingga 0,7 V.

2. Persimpangan basis-kolektor harus bias-balik (daerah-n sangat positif), dengan tegangan bias-balik tetap pada beberapa nilai di dalam batas maksimum BJT.

[Ingatlah bahwa untuk bias maju tegangan yang melintasi persimpangan p-n akan menjadi p -positif, dan untuk bias terbalik memiliki kebalikannya n -positif. Fokus pada huruf pertama ini akan memberi Anda cara untuk mengingat polaritas tegangan penting dengan mudah.]

Operasi di area cut-off, saturasi, dan linier dari karakteristik BJT biasanya disajikan seperti yang dijelaskan di bawah ini:

1. Operasi wilayah linier:

Persimpangan basis-emitor bias maju

Persimpangan basis-kolektor bias terbalik

dua. Operasi wilayah batas:

Persimpangan basis-emitor bias terbalik

3. Operasi wilayah saturasi:

Persimpangan basis-emitor bias maju

Persimpangan basis-kolektor bias maju

4.3 SIRKUIT BIAS TETAP

Rangkaian bias tetap pada Gambar 4.2 dirancang dengan gambaran analisis bias transistor dc yang cukup sederhana dan tidak rumit.

Meskipun jaringan mengimplementasikan transistor NPN, rumus dan kalkulasi dapat bekerja sama efektifnya dengan pengaturan transistor PNP hanya dengan mengkonfigurasi ulang jalur aliran arus dan polaritas tegangan.

“bagaimana cara kerja ic? ”

Arah arus pada Gambar 4.2 adalah arah arus asli, dan tegangannya diidentifikasi dengan penjelasan universal subskrip ganda.

Untuk analisis dc, desain dapat dipisahkan dari level AC yang disebutkan hanya dengan menukar kapasitor dengan ekuivalen rangkaian terbuka.

Selain itu, suplai DC VCC dapat dipecah menjadi beberapa suplai terpisah (hanya untuk melaksanakan evaluasi) seperti yang dibuktikan pada Gambar 4.3 hanya untuk memungkinkan putusnya sirkuit input dan output.

Apa yang dilakukannya adalah meminimalkan hubungan antara keduanya dengan IB arus basis. Perpisahan ini tidak diragukan lagi sah, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.3 di mana VCC dihubungkan langsung ke RB dan RC seperti pada Gambar 4.2.

Forward Bias dari Base – Emitter

Mari kita menganalisis loop rangkaian basis-emitor yang ditunjukkan di atas pada Gambar 4.4. Jika kita menerapkan persamaan tegangan Kirchoff searah jarum jam untuk loop, kita memperoleh persamaan berikut:

Kita dapat melihat bahwa polaritas penurunan tegangan pada RB seperti yang ditentukan melalui arah IB arus. Memecahkan persamaan untuk IB saat ini memberi kita hasil sebagai berikut:

Persamaan (4.4)

Persamaan (4.4) tentunya merupakan persamaan yang dapat dengan mudah dihafal, cukup dengan mengingat bahwa arus basis disini menjadi arus yang melewati RB, dan dengan menerapkan hukum Ohm yang menurutnya arus sama dengan tegangan yang melintasi RB dibagi dengan hambatan RB .

Tegangan melintasi RB adalah tegangan yang diberikan VCC di salah satu ujungnya dikurangi penurunan melintasi persimpangan basis-ke-emitor (VBE).
Juga, karena fakta bahwa suplai VCC dan tegangan basis-emitor VBE adalah jumlah tetap, pilihan resistor RB di basis menetapkan jumlah arus basis untuk level switching.

Collector – Emitter Loop

Gambar 4.5 menunjukkan tahap rangkaian emitor kolektor, di mana arah IC saat ini dan polaritas yang sesuai di RC telah disajikan.
Nilai arus kolektor dapat dilihat berhubungan langsung dengan IB melalui persamaan:

Persamaan (4.5)

Anda mungkin tertarik melihat bahwa karena arus basis bergantung pada jumlah RB, dan IC dihubungkan dengan IB melalui konstanta β, besaran IC bukanlah fungsi dari resistansi RC.

Menyesuaikan RC ke beberapa nilai lain tidak akan menghasilkan efek apa pun pada level IB atau bahkan IC, selama wilayah aktif BJT dipertahankan.
Meskipun demikian, Anda akan menemukan bahwa besarnya VCE ditentukan oleh level RC, dan ini mungkin hal yang penting untuk dipertimbangkan.

Jika kita menggunakan hukum tegangan Kirchhoff searah jarum jam melintasi loop tertutup yang ditunjukkan pada gambar 4.5, ini menghasilkan dua persamaan berikut:

Persamaan (4.6)

Ini menunjukkan bahwa tegangan yang melintasi emitor kolektor BJT dalam rangkaian bias tetap adalah tegangan suplai yang setara dengan penurunan yang terbentuk di RC
Untuk melihat sekilas notasi subskrip tunggal dan ganda, ingatlah bahwa:

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

dimana VCE menunjukkan tegangan yang mengalir dari kolektor ke emitor, VC dan VE adalah tegangan yang mengalir dari kolektor dan emitor ke ground. Tapi di sini, karena VE = 0 V, kami punya

VCE = VC -------- (4.8)
Juga karena kita punya,
VBE = VB - DAN -------- (4.9)
dan karena VE = 0, kami akhirnya mendapatkan:
VBE = VB -------- (4.10)

Harap ingat poin-poin berikut:

Saat mengukur level tegangan seperti VCE, pastikan untuk meletakkan probe merah voltmeter pada pin kolektor dan probe hitam pada pin emitor seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut.

“Diagram pengkabelan penyearah regulator 4 pin ”

VC menandakan tegangan yang lewat dari kolektor ke ground dan prosedur pengukurannya juga seperti yang diberikan pada gambar berikut.

Dalam kasus ini, kedua bacaan di atas akan serupa, tetapi untuk jaringan sirkuit yang berbeda dapat menunjukkan hasil yang berbeda.

Ini menyiratkan bahwa perbedaan dalam pembacaan antara dua pengukuran ini terbukti sangat penting saat mendiagnosis kemungkinan kesalahan dalam jaringan BJT.