Bias Pembagi Tegangan di Sirkuit BJT - Lebih Stabilitas tanpa Faktor beta

Bias Pembagi Tegangan di Sirkuit BJT - Lebih Stabilitas tanpa Faktor beta

Membiasakan terminal transistor bipolar menggunakan jaringan pembagi resistif yang dihitung untuk memastikan kinerja yang optimal dan respons switching disebut pembiasan pembagi tegangan.



Dalam desain bias sebelumnya bahwa kita mempelajari arus bias I CQ dan tegangan V. CEQ adalah fungsi dari penguatan saat ini (β) dari BJT.

Namun, seperti yang kita ketahui bahwa β dapat rentan terhadap perubahan suhu, terutama untuk transistor silikon, dan juga nilai sebenarnya dari beta yang sering tidak teridentifikasi dengan baik, maka disarankan untuk mengembangkan bias Pembagi tegangan pada rangkaian BJT yang mungkin lebih kecil. rentan terhadap suhu, atau, tidak bergantung pada beta BJT itu sendiri.





konfigurasi pembagi tegangan dalam BJT

Pengaturan bias pembagi tegangan pada Gambar 4.25 dapat dianggap sebagai salah satu dari desain ini.

Saat diperiksa dengan dasar yang tepat kerentanan terhadap variasi beta terlihat sangat sederhana. Jika variabel rangkaian dikerjakan dengan tepat, level I CQ dan V CEQ bisa sepenuhnya tidak bergantung pada beta.



Ingatlah dari penjelasan sebelumnya bahwa titik-Q dicirikan dengan tingkat ICQ dan VCEQ yang tetap seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.26.

Derajat I BQ dapat berubah tergantung pada variasi beta, tetapi titik operasi di sekitar karakteristik diidentifikasi oleh saya CQ dan V CEQ dapat dengan mudah tetap tidak berubah jika pedoman sirkuit yang sesuai diterapkan.

Seperti disebutkan di atas, Anda akan menemukan beberapa pendekatan yang dapat digunakan untuk menyelidiki pengaturan pembagi tegangan.

Alasan di balik pemilihan nama spesifik untuk sirkuit ini akan menjadi bukti selama analisis kami, dan akan dibahas di postingan mendatang.

Yang pertama adalah teknik yang tepat yang dapat dilakukan pada pengaturan pembagi tegangan apa pun.

Yang kedua disebut metode perkiraan, dan implementasinya menjadi layak jika faktor-faktor tertentu terpenuhi. Itu pendekatan perkiraan memungkinkan analisis yang jauh lebih langsung dengan upaya dan waktu minimum.

Selain itu, ini bisa sangat berguna untuk 'mode desain' yang akan kita bicarakan di bagian selanjutnya.
Secara keseluruhan, sejak 'pendekatan perkiraan' dapat dikerjakan dengan sebagian besar kondisi dan karenanya harus dievaluasi dengan tingkat perhatian yang sama dengan 'metode yang tepat'.

Analisis Tepat

Mari pelajari bagaimana metode analisis yang tepat dapat diimplementasikan dengan penjelasan berikut

Mengacu pada gambar berikut, sisi input dari jaringan dapat direproduksi seperti yang digambarkan pada Gambar 4.27 untuk analisis dc.

Itu Setara dengan Thévenin jaringan untuk desain di sisi kiri dari basis BJT B kemudian dapat ditentukan dengan cara seperti gambar dibawah ini:

Thévenin setara untuk jaringan pembagi tegangan BJT

RTh : Titik suplai input diganti dengan hubung singkat ekivalen seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.28 di bawah.



ETh: Sumber tegangan suplai V DC diterapkan kembali ke sirkuit, dan tegangan Thévenin sirkuit terbuka seperti yang terlihat pada Gambar 4.29 di bawah ini dievaluasi seperti yang diberikan di bawah ini:

Menerapkan aturan pembagi tegangan, kita sampai pada persamaan berikut:

Selanjutnya, dengan membuat ulang desain Thévenin seperti yang diilustrasikan pada Gambar 4.30, kami mengevaluasi I BQ dengan terlebih dahulu menerapkan hukum tegangan Kirchoff searah jarum jam untuk loop:

ETh - IBRTh - VBE - IERE = 0

Seperti yang kita tahu IE = (β + 1) B Menggantinya di loop di atas dan menyelesaikan I B memberikan:

Persamaan. 4.30

Sekilas Anda mungkin merasakan Persamaan. (4.30) terlihat sangat berbeda dari persamaan lain yang dikembangkan selama ini, namun jika dilihat lebih dekat akan terlihat bahwa pembilangnya hanyalah selisih dua level volt, sedangkan penyebutnya adalah hasil resistansi basis + resistor emitor, yang dipantulkan oleh (β + 1) dan tidak diragukan lagi sangat mirip dengan Persamaan. (4.17) ( Loop Emitor Dasar )

Setelah IB dihitung melalui persamaan di atas, besaran lainnya dalam desain dapat diidentifikasi melalui metode yang sama seperti yang kami lakukan untuk jaringan bias emitor, seperti yang ditunjukkan di bawah ini:

Persamaan (4.31)

Memecahkan Contoh Praktis (4.7)
Hitung tegangan bias DC V INI dan I saat ini C di jaringan pembagi tegangan yang ditunjukkan di bawah ini Gambar 4.31

Gambar 4.31 Sirkuit yang distabilkan beta untuk Contoh 4.7.

Analisis Perkiraan

Pada bagian di atas kita mempelajari 'metode yang tepat', di sini kita akan membahas 'metode perkiraan' untuk menganalisis pembagi tegangan rangkaian BJT.

Kita dapat menggambar tahap input dari jaringan pembagi tegangan berbasis BJT seperti yang ditunjukkan pada gambar 4.32 di bawah ini.

Resistansi Ri dapat dianggap sebagai resistansi yang setara antara garis dasar dan ground rangkaian, dan RE sebagai resistor antara emitor dan ground.

Dari diskusi kita sebelumnya [Persamaan. (4.18)] kita tahu bahwa resistansi yang direproduksi atau dipantulkan antara basa / emitor BJT dijelaskan dengan persamaan Ri = (β + 1) RE.

Jika kita mempertimbangkan situasi di mana Ri jauh lebih besar dari resistansi R2, akan menghasilkan IB yang relatif lebih kecil dari I2 (ingat arus selalu mencoba mencari dan bergerak ke arah resistansi minimum), dan dengan demikian I2 akan berputar kira-kira sama dengan I1.

Mempertimbangkan nilai perkiraan IB pada dasarnya nol dalam kaitannya dengan I1 atau I2, maka I1 = I2, dan R1, dan R2 dapat dianggap sebagai elemen seri.

Gambar 4.32 Sirkuit bias parsial untuk menghitung perkiraan tegangan basis V. B .

Tegangan di R2, yang awalnya adalah tegangan basis dapat dievaluasi seperti yang ditunjukkan di bawah ini, dengan menerapkan jaringan aturan pembagi tegangan:

Sekarang sejak Ri = (β + 1) RE ≅ b KEMBALI, kondisi yang menegaskan apakah pelaksanaan metode perkiraan layak atau tidak ditentukan oleh persamaan:

Sederhananya, jika nilai RE dikalikan dengan nilai β, tidak kurang dari 10 kali nilai R2, maka dapat dilakukan analisis perkiraan dengan presisi yang optimal.

Setelah VB dievaluasi, besaran VE dapat ditentukan dengan persamaan:

sedangkan arus emitor dapat dihitung dengan menggunakan rumus:


Tegangan dari kolektor ke emitor dapat diidentifikasi dengan menggunakan rumus berikut:

VCE = VCC - ICRC - IERE

Namun sejak itu IE ≅ IC, kita sampai pada persamaan berikut:

Perlu dicatat bahwa dalam rangkaian perhitungan yang kami buat dari Persamaan. (4.33) melalui Persamaan. (4.37) ,, unsur β tidak ada dimanapun, dan IB belum dihitung.

Ini menyiratkan bahwa Q-point (sebagaimana ditetapkan oleh I CQ dan V CEQ ) sebagai hasilnya tidak tergantung pada nilai β
Contoh Praktis (4.8):

Mari terapkan analisa kita tadi Gambar 4.31 , menggunakan pendekatan perkiraan, dan membandingkan solusi untuk ICQ dan VCEQ.

Di sini kami mengamati bahwa level VB identik dengan ETh, seperti yang dievaluasi dalam contoh 4.7 kami sebelumnya. Artinya pada dasarnya, perbedaan antara analisis perkiraan dan analisis eksak dipengaruhi oleh RTh, yang bertanggung jawab untuk memisahkan ETh dan VB dalam analisis eksak.

Ke depan,

Contoh Berikutnya 4.9

Mari kita lakukan analisis yang tepat dari Contoh 4.7 jika β diturunkan menjadi 70, dan temukan perbedaan antara solusi untuk ICQ dan VCEQ.

Larutan
Contoh ini tidak dapat diambil sebagai perbandingan antara strategi yang tepat versus perkiraan melainkan hanya untuk menguji tingkat di mana titik-Q dapat bergerak jika besaran β berkurang 50%. RTh dan ETh diberikan sebagai:

Menyusun hasil dalam bentuk tabel memberi kita yang berikut:


Dari tabel di atas kita dapat dengan jelas mengetahui bahwa rangkaian tersebut relatif tidak responsif terhadap perubahan level β. Padahal besaran β telah berkurang secara signifikan sebesar 50%, dari nilai 140 menjadi 70, meskipun nilai ICQ dan VCEQ pada dasarnya sama.

Contoh Berikutnya 4.10

Evaluasi level I CQ dan V CEQ untuk jaringan pembagi tegangan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.33 dengan menerapkan tepat dan perkiraan mendekati dan membandingkan solusi yang dihasilkan.

Evaluasi level ICQ dan VCEQ untuk jaringan pembagi tegangan

Dalam skenario ini, kondisi yang diberikan dalam Persamaan. (4.33) mungkin tidak puas, namun jawaban dapat membantu kita untuk mengidentifikasi perbedaan solusi dengan kondisi Persamaan. (4.33) tidak diperhitungkan.
Gambar 4.33 Pembagi tegangan jaringan untuk Contoh 4.10.

Solusi Pembagi Tegangan menggunakan Analisis Tepat

Memecahkan menggunakan Analisis Tepat:

Memecahkan menggunakan Analisis Perkiraan:


Dari evaluasi di atas kita dapat melihat perbedaan antara hasil yang dicapai dari metode yang tepat dan metode perkiraan.

Hasilnya mengungkapkan bahwa saya CQ sekitar 30% lebih tinggi untuk metode perkiraan, sedangkan V CEQ 10% lebih rendah. Meskipun hasilnya tidak cukup identik, mengingat fakta bahwa βRE hanya 3 kali lebih besar dari R2, hasilnya sebenarnya juga tidak terlalu lebar.

Mengatakan bahwa, untuk analisis masa depan kami, kami akan mengandalkan Persamaan. (4.33) untuk memastikan kesamaan maksimal antara dua analisis.




Sepasang: Sirkuit Bias BJT Emitter-Stabil Berikutnya: Bipolar Junction Transistor (BJT) - Konstruksi, dan Detail Operasional