Стабилизация режима работы транзистора: Юный радиолюбитель

Как вы думаете, возможно ли усиление без смещения постоянного тока? Если это так, отсоедините V _cc из базы и предсказать V _из . Мы знаем, что переход EB остается FB только для мгновенных значений V _в > 0,7 В (падение напряжения EB) и в противном случае RB. Теперь объедините эту концепцию с отрицательным полупериодом и моментами, когда V _в < 0,7. Учитывая все, вы должны сидеть без напряжения.

Определение оптимального напряжения смещения

На рис. 1 конденсаторы связи C _i и C _c включены для блокировки составляющих постоянного тока на входе и выходе соответственно. Если С _c удаляется, выходное напряжение V _из получает сдвиг постоянного напряжения V _cc напряжения.

Теперь, если вы хотите разработать усилитель, обеспечивающий выходное переменное напряжение 10 В пикового значения, какое напряжение смещения вы бы предпочли? Ваш ответ равен 10 В? О, нет проблем, мы разберемся шаг за шагом.

Вы знаете напряжения до и после C _c.   Это (пиковое напряжение переменного тока 10 В + V _cc ) и пиковое напряжение переменного тока 10 В соответственно. Если вы ищете симметричное пиковое выходное напряжение переменного тока 10 В после C _c , V _cc должно быть не менее 20 В, верно? Если нет, что происходит? Выходное напряжение Vout будет несимметричным, и пиковое значение не будет соответствовать требованиям. С уверенностью можно сказать, что оптимальное V _cc должно быть 2 *(пиковая амплитуда желаемого V _из ). Если к вышеприведенному расчету добавить падение напряжения транзистора и сопротивление источника, то V _cc становится наиболее оптимальным.

Подвержен ли Q-Point напряжению смещения транзистора?

После подключения V _cc IB начинает циркулировать в цепи (Рис.1). Из рисунка 2 видно, что для каждого IB существует набор координат (V _CE , I _C ). (V _CE , I _C ) для I _B , питаемый от V _cc при нуле V _в , называется рабочей точкой постоянного тока или точкой покоя (точкой Q). Для линейного транзисторного усилителя целесообразно держать точку добротности в середине активной области.

Рис.2 Q-точка является пересечением линии нагрузки постоянного тока и выходной характеристики СЕ транзистора

Как разместить Q-точку в середине активной области? Это можно реализовать путем регулировки I _B , питаемого от V _cc , с помощью ограничительного резистора R _B , вставленного между V _cc и базой транзистора. Цепь смещения разработана с учетом двух соображений:

• I _B должен оставаться где-то в середине активной области даже при введении колебаний переменного тока из-за V _в . Это гарантирует устойчивую и линейную работу усилителя.

• Колебания (V _CE , I _C ), соответствующие этим I _B , должны находиться в пределах (V _CE , sat, I _{C, sat} ) пределов, указанных в описании транзистора.

Существует множество комбинаций (V _CE , I _C ), удовлетворяющих указанным выше критериям на выбранной кривой I _B . Где именно зафиксировать точку Q на этой выбранной кривой I _B ? Это можно решить, нарисовав линию нагрузки постоянного тока. Линия, соединяющая максимально возможные I _c и V _CE в схеме усилителя, называется линией нагрузки постоянного тока.

Применяя КВЛ к выходной стороне усилителя (рис.1) в условиях смещения постоянного тока (внутреннее сопротивление C _c пренебрегаем), получаем

V _CE = V _CC -I _C R _L (1)

максимально возможные I _C и V _CE даны на равные (2) и (2) и (2) и (2) и (2) и (2) и (2) и (2) и (2) и (2) и (2) и (2) и (2) и (2) и (2) и (2) и (2) и (2) и (2) и (2) и (2) и (2) и (2) и (2) и (2) и (2) и (2) и (2) и (2) и (2) и (2) и (2) и (2) и (2) и (2). 3) respectively 

V _{CE, max} = V _cc at I _C =0             (2)

I _{C, max} = V _cc /R _L at V _CE =0        (3)

Пересечение линии нагрузки постоянного тока с выбранной кривой I _B является идеальной точкой Q для надежной работы вашего усилителя.

Для данного усилителя точка Q смещается вверх с увеличением V _cc и наоборот. Каков ваш вывод о точке добротности транзисторного усилителя, где V _cc постоянно колеблется? Да, точно! Нужен стабилизированный транзистор смещения для усиления без искажений.

Анализ точек смещения

Иногда поиск интеллектуальных ярлыков — это нормально. Вы можете определить точку Q, а также напряжения, токи и мощность, рассеиваемую в различных компонентах вашего усилителя, запустив анализ точки смещения на платформе моделирования цепей.

Если вы выполняете анализ точки смещения в своей схеме, вы можете легко исправить точку Q. Симулятор PSpice от Cadence может помочь вам установить идеальную точку Q с помощью анализа точки смещения. В этом программном обеспечении вы можете получить доступ к многочисленным функциям анализа цепей, которые помогут вам точно настроить схему и ее работу.

Если вам интересно получить информацию об анализе точек смещения и других сложных наборах инструментов в PSpice, обратитесь к нам и нашей команде экспертов.

Решения Cadence PCB — это комплексный инструмент для проектирования от начала до конца, позволяющий быстро и эффективно создавать продукты. Cadence позволяет пользователям точно сократить циклы проектирования и передать их в производство с помощью современного отраслевого стандарта IPC-2581.

Подпишитесь на LinkedIn Посетите вебсайт Больше контента от Cadence PCB Solutions

Типы смещения — биполярные транзисторы

Биполярные транзисторы

Одной из основных проблем с транзисторными усилителями является создание и поддержание надлежащих значений тока покоя и напряжения в цепи. Это достигается путем выбора правильных условий смещения цепи и обеспечение поддержания этих условий, несмотря на изменения в окружающей среде (окружающей) температуры, которые вызывают изменения усиления и даже искажение (нежелательное изменение сигнала). Таким образом, возникает потребность в методе правильно смещать транзисторный усилитель и в то же время стабилизировать его постоянный ток рабочая точка (значения отсутствия сигнала напряжения коллектора и коллектора текущий). Как упоминалось ранее, можно использовать различные методы смещения, чтобы выполнять обе эти функции. Несмотря на многочисленные предубеждения методы, будут рассмотрены только три основных типа.

Смещение базового тока (фиксированное смещение)

Первый метод смещения, называемый смещением базового тока , или иногда с фиксированным смещением , использовался в базовый транзисторный усилитель. Как вы помните, он состоял в основном из резистора ( R _B ) подключен между напряжением питания коллектора и база. К сожалению, это простое устройство довольно термически нестабильный. Если температура транзистора повышается по какой-либо причине (из-за повышение температуры окружающей среды или из-за протекания через него тока), коллектор ток увеличится. Это увеличение тока также приводит к тому, что постоянный ток рабочая точка, иногда называемая неподвижной или статической точкой, для перемещения от желаемого положения (уровня). Эта реакция на температуру нежелательно, поскольку влияет на коэффициент усиления усилителя (количество усиление) и может привести к искажению, как вы увидите позже в этом обсуждении.

Самосмещение

Лучший метод смещения достигается путем непосредственного включения резистора смещения между основанием и коллектором, как показано на рисунке ниже. По привязке коллектора Таким образом, к базе можно подать напряжение обратной связи с коллектора. к основанию, чтобы развить прямое смещение. Такое расположение называется самосмещением . Теперь, если повышение температуры вызывает увеличение тока коллектора, напряжение коллектора ( В _C ) упадет из-за увеличения напряжения на нагрузочном резисторе ( R _L ). Это падение в В _С будет возвращен на базу и приведет к уменьшению базовый ток. Уменьшение базового тока будет противодействовать первоначальному увеличению ток коллектора и стремятся его стабилизировать. Производится прямо противоположный эффект когда ток коллектора уменьшается.

Базовый транзисторный усилитель с автосмещением

Самопредвзятость имеет два небольших недостатка: (1) она эффективна лишь частично и, поэтому используется только там, где ожидаются умеренные изменения температуры окружающей среды; (2) это уменьшает усиление, так как сигнал на коллекторе также влияет базовое напряжение. Это связано с тем, что коллектор и базовые сигналы для этого конкретного конфигурации усилителя сдвинуты по фазе на 180 градусов (противоположные по полярности) и часть сигнала коллектора, который возвращается на базу, отменяет часть входного сигнала. сигнал. Этот процесс возврата части вывода обратно на вход известен как вырождение или отрицательная обратная связь . Иногда желательна дегенерация предотвратить искажение амплитуды (выходной сигнал, который не соответствует входному точно) и для этой цели может использоваться самопредвзятость.

Комбинированное смещение

Комбинация фиксированного и собственного смещения может быть использована для улучшения стабильности и в то же время преодолеть некоторые недостатки двух других методов смещения. Одной из наиболее широко используемых систем комбинированного смещения является делитель напряжения. тип показан на рисунке ниже. Фиксированное смещение обеспечивается в этой схеме делителем напряжения сеть, состоящая из R ₁ , R ₂ и коллектор напряжение питания ( В _СС ). Постоянный ток, протекающий через делитель напряжения сеть смещает базу положительно по отношению к эмиттеру. Резистор Р ₃ , включенный последовательно с эмиттером, обеспечивает эмиттеру автосмещение. Если I _E увеличится, падение напряжения на R ₃ будет также увеличить, уменьшить В _С . Эта реакция на увеличение I _E по R ₃ — еще одна форма вырождения, приводящая к уменьшению выпуска от усилителя.