فهم تكوين القاعدة المشتركة في BJTs

فهم تكوين القاعدة المشتركة في BJTs

في هذا القسم ، سنقوم بتحليل تكوين القاعدة المشتركة BJT ، والتعرف على خصائص نقطة القيادة الخاصة بها ، تيار التشبع العكسي ، الجهد الأساسي للباعث وتقييم المعلمات من خلال مثال عملي تم حله. في الأجزاء اللاحقة ، سنحلل أيضًا كيفية تكوين دائرة مكبر للصوت ذات القاعدة المشتركة



مقدمة

الرموز والتعليقات التوضيحية المستخدمة لتمثيل التكوين الأساسي المشترك للترانزستور في معظم
يمكن رؤية الكتب والأدلة المطبوعة هذه الأيام في الشكل الموضح أدناه. 3.6 قد يكون هذا صحيحًا لكل من الترانزستورات pnp و npn.

الشكل 3.6





3.4 ما هو تكوين القاعدة المشتركة

ينشأ مصطلح 'القاعدة المشتركة' من حقيقة أن القاعدة هنا مشتركة لكل من مرحلتي الإدخال والإخراج للترتيب.

علاوة على ذلك ، تصبح القاعدة عادةً أقرب محطة إلى احتمال الأرض أو عنده.



خلال محادثتنا هنا ، سيتم أخذ جميع الاتجاهات الحالية (الأمبير) فيما يتعلق بالاتجاه التقليدي (الثقب) للتدفق وليس اتجاه تدفق الإلكترون.

تم تحديد هذا الاختيار بشكل أساسي مع القلق من أن الكمية الكبيرة من المستندات المقدمة في المؤسسات الأكاديمية والتجارية تنفذ التدفق التقليدي ، وأن الأسهم في كل تمثيلات إلكترونية تمتلك مسارًا محددًا بهذه الاتفاقية المحددة.

لأي ترانزستور ثنائي القطب:

تصف علامة السهم في الرمز الرسومي اتجاه تدفق تيار المرسل (التدفق التقليدي) عبر الترانزستور.

كل اتجاه من الاتجاهات الحالية (أمبير) التي تظهر في الشكل 3.6 هي الاتجاهات الحقيقية كما تتميز باختيار التدفق التقليدي. لاحظ في كل حالة أن IE = IC + IB.

لاحظ أيضًا أن التحيز (مصادر الجهد) المنفذة مصمم خصيصًا للتأكد من التيار في الاتجاه المحدد لكل قناة. بمعنى ، قارن اتجاه IE مع القطبية أو VEE لكل تكوين ، وكذلك قارن اتجاه IC مع قطبية VCC.

لتوضيح إجراءات وحدة ثلاثية الأطراف بشكل شامل ، على سبيل المثال مكبرات الصوت ذات القاعدة المشتركة في الشكل 3.6 ، يتطلب مجموعتين من الخصائص - واحدة من أجل نقطة القيادة أو عوامل الإدخال والآخر ل انتاج الجزء.

تطبق مجموعة الإدخال لمكبر الصوت ذي القاعدة المشتركة كما هو معروض في الشكل 3.7 تيار دخل (IE) على دخل
الجهد (VBE) لمجموعة متنوعة من نطاقات جهد الخرج (VCB).

خصائص نقطة القيادة لتكوين BJT ذي القاعدة المشتركة

ال مجموعة الإخراج يطبق تيار الخرج (IC) لجهد الخرج (VCB) لمجموعة متنوعة من نطاقات تيار الإدخال (IE) كما هو موضح في الشكل 3.8. الناتج ، أو مجموعة خصائص المجمع ، تمتلك 3 عناصر أساسية ذات أهمية ، كما هو موضح في الشكل 3.8: المناطق النشطة والقطع والتشبع . ستكون المنطقة النشطة هي المنطقة المفيدة عادةً للمضخمات الخطية (غير المشوهة). على وجه التحديد:

داخل المنطقة النشطة ، سيكون تقاطع قاعدة المجمع منحازًا عكسيًا ، بينما يكون تقاطع القاعدة-الباعث متحيزًا للأمام.

تتميز المنطقة النشطة بتشكيلات الانحياز كما هو مبين في الشكل 3.6. في الطرف السفلي من المنطقة النشطة ، سيكون تيار المرسل (IE) صفرًا ، ويكون تيار المجمع في هذه الحالة ببساطة نتيجة التشبع العكسي ICO الحالي ، كما هو موضح في الشكل 3.8.

خصائص مجمع التكوين المشترك

إن ICO الحالي لا يكاد يذكر (الأمبيرات الدقيقة) في البعد مقارنة بالمقياس الرأسي لـ IC (مللي أمبير) بحيث يقدم نفسه عمليًا على نفس الخط الأفقي مثل IC = 0.

يمكن رؤية اعتبارات الدائرة الموجودة عندما تكون IE = 0 لإعداد القاعدة المشتركة في الشكل 3.9. الشرح الذي يتم تطبيقه غالبًا على ICO على أوراق البيانات وأوراق المواصفات كما هو موضح في الشكل 3.9 ، ICBO. نظرًا لطرق التصميم الفائقة ، فإن درجة ICBO للترانزستورات ذات الأغراض العامة (خاصة السيليكون) ضمن نطاقات الطاقة المنخفضة والمتوسطة تكون عادةً ضئيلة للغاية بحيث يمكن التغاضي عن تأثيرها.

التشبع العكسي لشبكة القاعدة المشتركة

بعد قولي هذا ، بالنسبة للأجهزة ذات الطاقة الأكبر ، قد تستمر ICBO في الظهور في نطاق microampere. علاوة على ذلك ، تذكر أن ICBO ، تمامًا مثل يكون في حالة الثنائيات (كلاهما تيارات تسرب عكسي) يمكن أن تكون عرضة للتغيرات في درجة الحرارة.

في درجات الحرارة المتزايدة ، قد ينتج عن تأثير ICBO أن يكون جانبًا مهمًا لأنه يمكن أن يرتفع بسرعة كبيرة استجابة لارتفاع درجة الحرارة.

كن على علم في الشكل 3.8 حيث أن تيار المرسل يرتفع فوق الصفر ، يرتفع تيار المجمع إلى مستوى مكافئ أساسًا لتيار المرسل كما هو محدد بواسطة العلاقات الأساسية بين الترانزستور والتيار.

لاحظ أيضًا أن هناك تأثيرًا غير فعال لـ VCB على تيار المجمع للمنطقة النشطة. تكشف الأشكال المنحنية بوضوح أنه يمكن تقديم تقدير أولي للعلاقة بين IE و IC في المنطقة النشطة على النحو التالي:

كما يُستنتج من العنوان نفسه ، من المفهوم أن منطقة القطع هي ذلك المكان الذي يكون فيه تيار المجمع 0 أ ، كما هو موضح في الشكل 3.8. بالإضافة إلى:

في منطقة القطع ، تميل تقاطعات قاعدة المجمع والباعث الأساسي للترانزستور إلى أن تكون في وضع منحاز عكسي.

تم تحديد منطقة التشبع على أنها قسم الخصائص عبر الجانب الأيسر من VCB = 0 V. تم تكبير المقياس الأفقي في هذه المنطقة ليكشف بوضوح عن التحسينات الملحوظة التي تم إجراؤها على السمات في هذه المنطقة. لاحظ الارتفاع الأسي في تيار المجمع استجابةً للزيادة في الجهد VCB باتجاه 0 فولت.

يمكن رؤية تقاطعات قاعدة التجميع والباعث الأساسي على أنها تحيز أمامي في منطقة التشبع.

توضح لك خصائص الإدخال بالشكل 3.7 أنه بالنسبة لأي مقادير محددة مسبقًا لجهد المجمع (VCB) ، يزداد تيار المرسل بطريقة قد تشبه إلى حد كبير خصائص الصمام الثنائي.

في الواقع ، يميل تأثير ارتفاع VCB إلى أن يكون ضئيلًا للغاية على الخصائص بحيث يمكن تجاهل الاختلاف الناجم عن الاختلافات في VCB في أي تقييم أولي ويمكن تمثيل الخصائص بالفعل كما هو موضح في الشكل 3.10 أ أدناه.

إذا استخدمنا تقنية خطية متعددة التعريف ، فسوف ينتج عن ذلك الخصائص الموضحة في الشكل 3.10 ب.

إن رفع هذا المستوى ، وتجاهل ميل المنحنى وبالتالي المقاومة المتولدة بسبب تقاطع منحاز إلى الأمام ، سيؤدي إلى الخصائص كما هو معروض في الشكل 3.10 ج.

بالنسبة لجميع التحقيقات المستقبلية التي ستتم مناقشتها في هذا الموقع ، سيتم إجراء التصميم المكافئ للشكل 3.10 ج لجميع تقييمات التيار المستمر لدوائر الترانزستور. بمعنى ، عندما يكون BJT في حالة 'التوصيل' ، سيتم اعتبار الجهد من القاعدة إلى المشع كما هو معبر عنه في المعادلة التالية: VBE = 0.7 V (3.4).

بعبارة أخرى ، سيتم التغاضي عن تأثير التغييرات في قيمة VCB جنبًا إلى جنب مع منحدر خصائص الإدخال لأننا نبذل جهدًا لتقييم تكوينات BJT بطريقة قد تساعدنا في الحصول على تقريب مثالي نحو استجابة فعلية ، دون إشراك أنفسنا كثيرًا بمعامل قد يكون أقل أهمية.

الشكل 3.10

يجب علينا جميعًا أن نقدر تمامًا التأكيد الوارد في الخصائص المذكورة أعلاه في الشكل 3.10 ج. لقد حددوا أنه مع الترانزستور في حالة 'التشغيل' أو الحالة النشطة ، فإن الجهد الذي ينتقل من القاعدة إلى الباعث سيكون 0.7 فولت لأي كمية من تيار المرسل كما تنظمه شبكة الدائرة الخارجية المرتبطة.

لكي تكون أكثر دقة ، بالنسبة لأي تجربة أولية مع دائرة BJT في تكوين التيار المستمر ، يمكن للمستخدم الآن أن يحدد بسرعة أن الجهد الكهربي من خلال القاعدة إلى الباعث هو 0.7 فولت أثناء وجود الجهاز في المنطقة النشطة - يمكن اعتبار هذا أمرًا بالغ الأهمية الخلاصة الحاسمة لجميع تحليلاتنا المتعلقة بالتيار المستمر والتي ستتم مناقشتها في مقالاتنا القادمة ..

حل مثال عملي (3.1)

في الأقسام أعلاه ، تعلمنا ما هو تكوين القاعدة المشتركة حول العلاقة بين القاعدة الحالية I ج والباعث الحالي أنا يكون من BJT في القسم 3.4. بالإشارة إلى هذه المقالة ، يمكننا الآن تصميم تكوين يسمح لـ BJT بتضخيم التيار ، كما هو موضح في الشكل 3.12 أسفل دارة مكبر الصوت ذات القاعدة المشتركة.

ولكن قبل التحقيق في هذا ، سيكون من المهم بالنسبة لنا معرفة ما هو ألفا (α).

ألفا (أ)

في تكوين BJT ذي القاعدة المشتركة في وضع التيار المستمر ، نظرًا لتأثير ناقلات الأغلبية ، الحالي I ج و انا يكون تشكل علاقة معبر عنها بكمية ألفا ، ويتم تقديمها على النحو التالي:

أ العاصمة = أنا ج / أنا يكون -------------------- (3.5)

حيث أنا ج و انا يكون هي المستويات الحالية في نقطة العملية . على الرغم من أن الخاصية المذكورة أعلاه تحدد أن α = 1 ، في الأجهزة والتجارب الحقيقية ، يمكن أن تقع هذه الكمية في أي مكان حول 0.9 إلى 0.99 ، وفي معظم الحالات يقترب هذا من الحد الأقصى لقيمة النطاق.

نظرًا لحقيقة أن ألفا هنا معرّفة خصيصًا لمعظم شركات النقل ، فإن مكافئ 3.2 الذي تعلمناه في الفصول السابقة الآن يمكن كتابتها على النحو التالي:

ألفا في مكبر الصوت المشترك

في اشارة الى مميزة في الرسم البياني الشكل 3.8 ، عندما يكون = 0 مللي أمبير ، أنا ج تصبح القيمة بالتالي = أنا CBO.

ومع ذلك ، من مناقشاتنا السابقة نعلم أن مستوى أنا CBO غالبًا ما يكون ضئيلاً ، وبالتالي يصبح غير معروف تقريبًا في الرسم البياني 3.8.

بمعنى ، كلما كنت يكون = 0 مللي أمبير في الرسم البياني أعلاه ، ج يتحول أيضًا إلى 0 مللي أمبير لـ V. سي بي مدى من القيم.

عندما نفكر في إشارة تيار متردد ، حيث تنتقل نقطة العملية فوق منحنى الخاصية ، يمكن كتابة ألفا على النحو التالي:

ألفا أس ثابت

هناك بعض الأسماء الرسمية المعطاة لـ ac alpha وهي: القاعدة المشتركة ، عامل التضخيم ، ماس كهربائى. ستصبح أسباب هذه الأسماء أكثر وضوحًا في الفصول القادمة أثناء تقييم الدوائر المكافئة لـ BJTs.

في هذه المرحلة ، يمكننا أن نجد أن المعادلة 3.7 أعلاه تؤكد أن الاختلاف المتواضع نسبيًا في تيار المجمع ينقسم على التغيير الناتج في I يكون ، في حين أن المجمع إلى القاعدة يكون بحجم ثابت.

في معظم الظروف ، كمية أ و و أ العاصمة متساوية تقريبًا تسمح بتبادل المقادير فيما بينها.

مضخم القاعدة المشتركة

إجراء تضخيم الجهد الأساسي لتكوين القاعدة المشتركة.

لا يظهر انحياز التيار المستمر في الشكل أعلاه نظرًا لأن هدفنا الفعلي هو تحليل استجابة التيار المتردد فقط.

كما علمنا في منشوراتنا السابقة بخصوص تكوين القاعدة المشتركة ، تبدو مقاومة التيار المتردد كما هو موضح في الشكل 3.7 ضئيلة للغاية وتتنوع عادة في نطاق 10 و 100 أوم. بينما في نفس الفصل رأينا أيضًا في الشكل 3.8 أن مقاومة الخرج في شبكة القاعدة المشتركة تبدو عالية بشكل كبير ، والتي يمكن أن تختلف عادةً في النطاق من 50 كيلو إلى 1 م أوم.

ترجع هذه الاختلافات في قيم المقاومة أساسًا إلى التقاطع المنحاز للأمام الذي يظهر على جانب الإدخال (بين القاعدة إلى الباعث) ، والتقاطع المنحاز العكسي الذي يظهر في جانب الإخراج بين القاعدة والمجمع.

من خلال تطبيق قيمة نموذجية مثل 20 أوم (كما هو موضح في الشكل أعلاه) لمقاومة الإدخال ، و 200 مللي فولت لجهد الدخل ، يمكننا تقييم مستوى التضخيم أو النطاق في جانب الإخراج من خلال المثال التالي الذي تم حله:

وبالتالي ، يمكن العثور على تضخيم الجهد عند الخرج عن طريق حل المعادلة التالية:

هذه قيمة نموذجية لتضخيم الجهد لأي دائرة BJT ذات قاعدة مشتركة والتي يمكن أن تتراوح بين 50 و 300. بالنسبة لمثل هذه الشبكة ، يكون تضخيم التيار IC / IE دائمًا أقل من 1 ، نظرًا لأن IC = alphaIE ، وتكون alpha دائمًا أقل من 1.

في التجارب الأولية ، تم تقديم إجراء التضخيم الأساسي من خلال أ نقل من التيار أنا عبر منخفض إلى مرتفع- مقاومة دائرة كهربائية.

نتج عن العلاقة بين الجملتين المائلتين في الجملة أعلاه مصطلح الترانزستور:

عبر القيام + إعادة المقاوم = الترانزستور.

في الدرس التالي سنناقش مضخم الباعث المشترك

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




السابق: ترانزستور مفرق ثنائي القطب (BJT) - تفاصيل البناء والتشغيل التالي: مضخم الباعث المشترك - الخصائص ، والانحياز ، والأمثلة التي تم حلها