在本節中,我們將分析BJT共基構型,了解其驅動點特性、反向飽和電流、基極至發射極電壓,并通過實際求解示例評估參數。在后面的部分中,我們還將分析如何配置共基極放大器電路。
在當今印刷的大多數
書籍和指南中,用于表示晶體管公共基極配置的符號和注釋可以在下圖中看到。3.6 PNP和NPN晶體管可能都是如此。
圖3.6
3.4 什么是公共基配置
術語“公共基”源于這樣一個事實,即這里的基數對于布置的輸入和輸出階段都是共同的。
此外,基極通常成為最接近或位于地電位的端子。
在我們這里的整個對話中,所有電流(安培)方向都將相對于傳統的(空穴)流動方向而不是電子流方向。
決定這一選擇主要是考慮到學術和商業組織提供的大量文件實現了常規流程,并且每個電子表示中的箭頭都具有與該特定約定標識的路徑。
對于任何雙極晶體管:
圖形符號中的箭頭標記描述了發射極電流(常規流)穿過晶體管的流動方向。
每個電流(安培)方向都顯示在圖中。3.6 是真正方向,其特點是選擇常規流程。在每種情況下觀察IE = IC + IB。
另請注意,實現的偏置(電壓源)專門用于確定為每個通道指定方向的電流。意思是,將IE的方向與每種配置的極性或VEE進行比較,并將IC的方向與VCC的極性進行比較。
全面說明三端子單元的動作,例如圖中的共基放大器。3.6,需要 2 組屬性 - 一組用于驅動點或輸入因子,另一組用于輸出部分。
共基極放大器的輸入設置如圖所示。3.7 將輸入電流 (IE) 施加到各種輸出電壓 (VCB) 范圍的輸入
電壓 (VBE)。
如圖所示,輸出組將輸出電壓 (IC) 應用于各種輸入電流 (IE) 范圍的輸出電壓 (VCB)。3.8. 如圖所示,輸出或收集器特征組具有 3
個感興趣的基本元素。3.8:活動、截止和飽和區域。有源區域將是通常對線性(未失真)放大器有用的區域。具體說來:
在有源區域內,集電極-基極結將反向偏置,而基極-發射極結將正向偏置。
有源區域的特征在于如圖所示的偏置配置。3.6.
在有源區域的下端,發射極電流(IE)將為零,集電極電流處于這種情況僅僅是由于反向飽和電流ICO的結果,如圖所示。3.8.
與IC的垂直刻度(毫安)相比,當前的ICO在尺寸上可以忽略不計(微安),以至于它實際上與IC = 0在同一水平線上呈現自己。
當IE = 0時,公共基座設置的電路考慮因素如圖所示。3.9.
數據表和規格表上最常用于ICO的注釋如圖所示。3.9,ICBO。由于卓越的設計方法,中低功率范圍內的通用晶體管(特別是硅)的ICBO程度通常非常小,以至于其影響可能被忽略。
話雖如此,對于更大的功率設備,ICBO可能會繼續出現在微安范圍內。此外,請記住,ICBO,就像二極管(兩者都是反向漏電流)一樣,可能容易受到溫度變化的影響。
在溫度升高的情況下,ICBO的影響可能是一個關鍵方面,因為它可以響應溫度升高而顯著迅速上升。
請注意圖。3.8 當發射極電流上升到零以上時,集電極電流上升到與基本晶體管-電流關系確定的發射極電流基本相當的水平。
另請注意,VCB對有源區域的集電極電流的影響相當無效。彎曲的形狀清楚地表明,對有源區域中IE和IC之間關系的初步估計可以表示為:
從其標題本身推斷,截止區域被理解為集電極電流為0 A的位置,如圖所示。3.8. 此外:
在截止區域,晶體管的集電極-基極和基極-發射極結往往處于反向偏置模式。
飽和區域被標識為VCB = 0
V左側的特性部分。該區域的水平比例已擴大,以清楚地揭示該區域屬性的顯著增強。觀察集電極電流的指數浪涌,響應電壓VCB向0 V的升高。
集電極-基極和基極-發射極結在飽和區域可以看到正向偏置。
圖的輸入特性3.7 顯示,對于任何預定的集電極電壓(VCB)幅度,發射極電流的增加方式可能與二極管特性非常相似。
實際上,VCB上升對特性的影響往往很小,以至于對于任何初步評估,都可以忽略VCB變化引起的差異,并且可以如圖所示實際表示特征。下文3.10a。
因此,如果我們使用分段線性技術,這將產生如圖所示的特征。3.10b.
將這一水平提高到一個水平,并忽略曲線的斜率以及由此產生的正向偏置結產生的電阻將導致如圖所示的特性。3.10c.
對于本網站將討論的所有未來調查,等效設計為圖。3.10c將用于晶體管電路的所有直流評估。這意味著,每當BJT處于“導通”狀態時,基極到發射極電壓將被視為如下式所示:VBE
= 0.7 V (3.4)。
換句話說,VCB值變化以及輸入特性斜率的影響往往會被忽視,因為我們努力評估BJT配置,以幫助我們獲得實際響應的最佳近似值,而不會過多地涉及可能不太重要的參數。
圖3.10
我們都應該徹底理解圖的上述特征所表達的斷言。3.10c.
他們定義,當晶體管處于“導通”或有源狀態時,對于由相關外部電路網絡調節的任何發射極電流量,從基極到發射極的電壓將為 0.7 V。
更準確地說,對于直流配置中BJT電路的任何初始實驗,用戶現在可以快速定義當器件處于有源區域時,通過基極到發射極的電壓為0.7 V -
這可以被視為我們所有直流分析的極其關鍵的底線,這將在我們即將發表的文章中討論。
求解實際示例 (3.1)
在上面的章節中,我們在3.4節中了解了BJT的基極電流IC和發射極電流IE之間的關系的共基極配置。參考本文,我們現在可以設計一種允許BJT放大電流的配置,如圖3.12所示共基極放大器電路。
但在研究這個問題之前,了解什么是alpha(α)對我們來說是很重要的。
阿爾法(α)
在直流模式下的共基BJT配置中,由于多數載流子的影響,電流IC和IE形成由數量alpha表示的關系,并表示為:
α 直流 = IC / IE -------------------- (3.5)
其中 IC 和I E 是操作點的當前水平。盡管上述特征表明α =
1,但在實際設備和實驗中,該量可能位于0.9至0.99之間,并且在大多數情況下,這將接近該范圍的最大值。
由于這里的alpha是專門為多數載流子定義的,所以我們在前面的章節中學到的等式3.2現在可以寫成:
參考圖3.8中的特性,當IE = 0 mA時,IC值因此變為= ICBO。
然而,從我們之前的討論中我們知道,ICBO的水平通常是最小的,因此在3.8的圖中幾乎無法識別。
這意味著,在上述圖表中,每當IE = 0 mA時,對于VCB值范圍,IC也會變成0 mA。
當我們考慮一個交流信號時,其中工作點在特性曲線上行進,交流α可以寫成:
交流阿爾法有幾個正式名稱,它們是:共堿基、放大因子、短路。這些名稱的原因將在后面的章節中更加明顯,同時評估BJT的等效電路。
在這一點上,我們可以發現上面的方程3.7證實了集電極電流的相對較小的變化被IE的隨之而來的變化除以,而集電極到基極的變化處于恒定幅度。
在大多數情況下,α交流和α直流的數量幾乎相等,允許彼此之間交換幅度。
共基放大器
上圖中未顯示直流偏置,因為我們的實際意圖只是分析交流響應。
正如我們在之前關于共基極配置的文章中了解到的,如圖3.7所示的輸入交流電阻看起來非常小,通常在10歐姆和100歐姆的范圍內變化。在同一章中,我們還在圖3.8中看到,公共基極網絡中的輸出電阻看起來非常高,通常在50
k至1 M歐姆的范圍內變化。
電阻值的這些差異主要是由于輸入側(基極與發射極之間)出現的正向偏置結和基極和集電極之間的輸出側出現反向偏置結。
通過對輸入電阻施加20歐姆(如上圖所示)的典型值,對輸入電壓施加200mV的典型值,我們可以通過以下求解示例評估輸出側的放大電平或范圍:
因此,輸出端的電壓放大可以通過求解以下公式來求解:
這是任何共基基BJT電路的典型電壓放大值,可能在50到300之間變化。對于這樣的網絡,電流放大IC/IE總是小于1,因為IC =
alphaIE,而alpha總是小于1。
在初步實驗中,基本放大作用是通過電流I在低電阻電路到高電阻電路上的轉移而引入的。
上句中兩個斜體短語之間的關系實際上導致了晶體管一詞:
Transfer + resistor = 晶體管。
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