Comprensió de la configuració base comuna als BJT

En aquesta secció analitzarem la configuració de la base comuna de BJT i ​​coneixerem les seves característiques del punt de conducció, el corrent de saturació invers, la tensió de la base a l’emissor i avaluarem els paràmetres mitjançant un exemple pràctic resolt. A les parts posteriors també analitzarem com configurar un circuit d'amplificador de base comuna

Introducció

Els símbols i les anotacions que s’utilitzen per representar la configuració de base comuna del transistor a la majoria de
els llibres i les guies impresos aquests dies es poden veure a la figura que es mostra a continuació. Fig. 3.6 Això pot ser cert tant per als transistors pnp com per a npn.

Figura 3.6

3.4 Què és la configuració Common-Base

El terme 'base comuna' sorgeix del fet que aquí la base és comuna a les etapes d'entrada i sortida de l'arranjament.

A més, la base normalment es converteix en el terminal més proper al potencial terrestre o en el seu terreny.

Al llarg de la nostra conversa aquí, es prendran totes les direccions actuals (Ampere) respecte a la direcció de flux convencional (forat) i no la direcció de flux d’electrons.

Aquesta selecció s'ha decidit principalment amb la preocupació que la gran quantitat de documents oferts a les organitzacions acadèmiques i comercials implementi el flux convencional i que les fletxes de totes les representacions electròniques tinguin un camí identificat amb aquesta convenció específica.

Per a qualsevol transistor bipolar:

La marca de fletxa del símbol gràfic descriu la direcció del flux del corrent de l'emissor (flux convencional) a través del transistor.

Cadascuna de les direccions actuals (Amp) que apareixen a la figura 3.6 són les direccions genuïnes que es caracteritzen per la selecció del flux convencional. Observeu en cada cas que IE = IC + IB.

Tingueu en compte, a més, que la polarització (fonts de tensió) implementades és específicament per determinar el corrent en la direcció especificada per a cadascun dels canals. És a dir, compareu la direcció d’IE amb la polaritat o VEE per a cada configuració i també compareu la direcció d’IC amb la polaritat de VCC.

Per il·lustrar de manera exhaustiva les accions d'una unitat de tres terminals, per exemple amplificadors de base comuna a la figura 3.6, requereix dos conjunts de propietats: un per al punt de conducció o factors d 'entrada i l' altre per al sortida secció.

El conjunt d'entrada per a l'amplificador de base comú que es mostra a la figura 3.7 aplica un corrent d'entrada (IE) a una entrada
(VBE) per a diversos rangs de tensió de sortida (VCB).

El conjunt de sortida aplica un corrent de sortida (IC) per a una tensió de sortida (VCB) per a diversos rangs de corrent d’entrada (IE) tal com es mostra a la figura 3.8. La sortida, o el grup de característiques del col·lector, té 3 elements fonamentals d’interès, tal com s’assenyala a la figura 3.8: les regions activa, de tall i de saturació . La regió activa serà la regió típicament útil per a amplificadors lineals (no distorsionats). Concretament:

Dins de la regió activa, la unió col·lector-base es polaritzarà inversament, mentre que la unió base-emissor es polaritzarà cap endavant.

La regió activa es caracteritza per les configuracions de polarització tal com s’indica a la figura 3.6. A l'extrem inferior de la regió activa, el corrent de l'emissor (IE) serà zero, el corrent del col·lector es troba en aquesta situació simplement com a resultat del corrent de saturació inversa ICO, tal com es mostra a la figura 3.8.

L’ICO actual té una dimensió tan insignificant (microamperis) en comparació amb l’escala vertical d’IC (miliamperis) que es presenta pràcticament a la mateixa línia horitzontal que IC = 0.

Les consideracions del circuit presents quan IE = 0 per a la configuració de base comuna es poden veure a la figura 3.9. L’anotació que s’aplica més sovint a ICO en fulls de dades i fulls d’especificacions és la que s’apunta a la figura 3.9, ICBO. A causa de mètodes de disseny superiors, el grau d'ICBO per als transistors d'ús general (especialment el silici) dins dels rangs de baixa i mitjana potència és normalment tan mínim que es podria passar per alt la seva influència.

Dit això, per a dispositius de potència més grans, ICBO podria continuar apareixent en el rang de microamperis. A més, recordeu que ICBO, igual que És en cas de díodes (tots dos són corrents de fuita inversa) podrien ser vulnerables als canvis de temperatura.

A temperatures augmentades, l'impacte de l'ICBO pot resultar ser un aspecte crucial perquè pot augmentar significativament ràpidament en resposta a elevacions de temperatura.

Tingueu en compte a la figura 3.8 que el corrent de l'emissor augmenta per sobre de zero, el corrent del col·lector puja a un nivell principalment equivalent al del corrent de l'emissor establert per les relacions fonamentals transistor-corrent.

Fixeu-vos també que hi ha una influència força ineficaç de VCB sobre el corrent del col·lector per a la regió activa. Les formes corbes revelen evidentment que una estimació inicial de la relació entre IE i IC a la regió activa es pot presentar com:

Com es dedueix del seu propi títol, s’entén per regió de tall aquella ubicació on el corrent del col·lector és 0 A, tal com es descriu a la figura 3.8. A més:

A la regió de tall, les unions base-col·lector i base-emissor d’un transistor tendeixen a estar en mode de polarització inversa.

La regió de saturació s’identifica com aquella secció de les característiques del costat esquerre de VCB = 0 V. L’escala horitzontal d’aquesta àrea s’ha ampliat per revelar clarament les notables millores realitzades en els atributs d’aquesta regió. Observeu la pujada exponencial del corrent del col·lector en resposta a l’augment de la tensió VCB cap a 0 V.

Es pot veure que les juntes base-col·lector i base-emissor són biaixos directes a la regió de saturació.

Les característiques d'entrada de la figura 3.7 mostren que per a qualsevol magnitud predeterminada de tensió del col·lector (VCB), el corrent de l'emissor augmenta de manera que pugui semblar-se fortament a la de les característiques del díode.

En realitat, l’efecte d’un VCB creixent tendeix a ser tan mínim sobre les característiques que per a qualsevol avaluació preliminar es podria prescindir de la diferència causada per les variacions del VCB i es podrien representar les característiques tal com es demostra a la figura 3.10a següent.

Per tant, si utilitzem la tècnica lineal a trossos, això produirà les característiques tal com es revelen a la figura 3.10b.

Prenent aquest nivell cap amunt i prescindint del pendent de la corba i, en conseqüència, de la resistència generada a causa d'una unió esbiaixada cap endavant, es portaran a les característiques que es mostren a la figura 3.10c.

Per a totes les futures investigacions que es tractarien en aquest lloc web, s’exercirà el disseny equivalent de la figura 3.10c per a totes les avaluacions de corrent continu dels circuits de transistors. És a dir, sempre que un BJT es trobi en l’estat de “conducció”, es considerarà que el voltatge de base a emissor s’expressa en la següent equació: VBE = 0,7 V (3.4).

Dit d’una altra manera, la influència dels canvis en el valor de VCB juntament amb el pendent de les característiques d’entrada tendiran a passar per alt a mesura que fem un esforç per avaluar les configuracions de BJT de manera que ens pugui ajudar a adquirir una aproximació òptima cap al resposta real, sense implicar-nos massa amb paràmetres que poden ser de menys importància.

Figura 3.10

De fet, tots hauríem d’apreciar a fons l’afirmació expressada en les característiques anteriors de la figura 3.10c. Defineixen que amb el transistor en estat 'activat' o actiu, la tensió que es desplaça de la base a l'emissor serà de 0,7 V per a qualsevol quantitat de corrent de l'emissor regulada per la xarxa de circuits externs associada.

Per ser més precisos, per a qualsevol experimentació inicial amb un circuit BJT en la configuració de corrent continu, l'usuari ara pot definir ràpidament que el voltatge a través de la base a l'emissor és de 0,7 V mentre el dispositiu es troba a la regió activa; això es pot considerar com una línia de fons crucial per a totes les nostres anàlisis de corrent continu que es tractaran en els nostres propers articles.

Resoldre un exemple pràctic (3.1)

A les seccions anteriors hem après què és la configuració de base comuna sobre la relació entre el corrent de base I C i corrent emissor I ÉS d’un BJT a la secció 3.4. Amb referència a aquest article, ara podem dissenyar una configuració que permeti al BJT amplificar el corrent, tal com es representa a la figura 3.12 a sota del circuit d'amplificador de base comuna.

Però abans d’investigar-ho, seria important que aprenguem què és l’alfa (α).

Alfa (a)

En una configuració BJT de base comuna en mode de corrent continu, a causa de l'efecte de les operadores majoritàries, la I actual C i jo ÉS formen una relació expressada per la quantitat alfa i es presenta com:

a dc = Jo C / Jo ÉS -------------------- (3.5)

on jo C i jo ÉS són els nivells actuals al punt d’operació . Tot i que la característica anterior identifica que α = 1, en dispositius i experiments reals aquesta quantitat podria situar-se en qualsevol lloc al voltant de 0,9 a 0,99 i, en la majoria dels casos, s'aproparia al valor màxim de l'interval.

A causa del fet que aquí es defineix alfa específicament per a les empreses majoritàries, el Equació 3.2 que havíem après al capítols anteriors ara es pot escriure com:

Referint-se al fitxer característica del gràfic Fig 3.8 , quan jo ÉS = 0 mA, I C el valor es converteix en conseqüència en = I CBO.

No obstant això, per les nostres discussions anteriors sabem que el nivell d’I CBO sovint és mínim i, per tant, es converteix en gairebé no identificable al gràfic de 3.8.

Significat, sempre que jo ÉS = 0 mA al gràfic esmentat anteriorment, I C també es converteix en 0 mA per al V CB rang de valors.

Quan considerem un senyal de corrent altern, en què el punt d'operació viatja per sobre de la corba característica, es pot escriure un corrent alfa com:

Hi ha alguns noms formals donats a ac alfa que són: base comuna, factor d'amplificació, curtcircuit. Els motius d’aquests noms es faran més evidents en els propers capítols mentre s’avaluaran circuits equivalents de BJT.

En aquest punt podem trobar que l’equació 3.7 anterior confirma que una variació relativament modesta del corrent del col·lector es divideix pel canvi resultant en I ÉS , mentre que el col·lector a la base té una magnitud constant.

En condicions majoritàries, la quantitat de a i i a dc són gairebé iguals permetent un intercanvi de magnituds entre si.

Amplificador Common-Base

El biaix de corrent continu no es mostra a la figura anterior, ja que la nostra intenció real és analitzar només la resposta de corrent altern.

Com vam saber a les nostres publicacions anteriors sobre configuració de base comuna , la resistència d'entrada d'entrada indicada a la figura 3.7 sembla bastant mínima i varia normalment en un interval de 10 i 100 ohm. Tot i que al mateix capítol també vam veure a la figura 3.8, la resistència de sortida en una xarxa de base comuna sembla significativament alta, que podria variar típicament en el rang de 50 k a 1 M Ohm.

Aquestes diferències en els valors de resistència són bàsicament a causa de la unió polaritzada cap endavant que apareix al costat d'entrada (entre la base a l'emissor) i la unió polaritzada inversa que apareix al costat de sortida entre la base i el col·lector.

Mitjançant l’aplicació d’un valor típic de 20 Ohms (tal com es mostra a la figura anterior) per a la resistència d’entrada i 200 mV per a la tensió d’entrada, podem avaluar la nivell d'amplificació o abast al costat de la sortida a través del següent exemple resolt:

Per tant, l’amplificació del voltatge a la sortida es pot trobar resolent la següent equació:

Aquest és un valor d’amplificació de tensió típic per a qualsevol circuit BJT de base comuna que possiblement pugui variar entre 50 i 300. Per a aquesta xarxa, l’amplificació de corrent IC / IE sempre és inferior a 1, ja que IC = alphaIE i alfa sempre inferior a 1.

En experiments preliminars es va introduir l'acció amplificadora fonamental a través d'un transferència de corrent Jo de baix a alt resistència circuit.

La relació entre les dues frases en cursiva de la frase anterior va donar lloc al terme transistor:

trans fer + re sistor = transistor.

En el següent tutorial parlarem sobre l'amplificador d'emissors comuns

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