En termes senzills, el biaix en els BJT es pot definir com un procés en el qual s’activa o s’activa un BJT aplicant una magnitud menor de CC a través dels seus terminals base / emissor de manera que sigui capaç de realitzar una magnitud de CC relativament major els seus terminals emissors de col·lector.

El funcionament d’un transistor bipolar o BJT a nivells de CC es regeix per diversos factors, que inclouen una gamma de punts operatius sobre les característiques dels dispositius.

A la secció 4.2 que s'explica en aquest article, comprovarem els detalls sobre aquesta gamma de punts operatius per a amplificadors BJT. Un cop calculats els subministraments de CC especificats, es pot crear un disseny de circuit per determinar el punt de funcionament requerit.

En aquest article s’examinen diverses configuracions d’aquest tipus. A més, cada model analitzat identificarà l'estabilitat de l'enfocament, és a dir, la sensibilitat del sistema amb un paràmetre determinat.

Tot i que s’examinen nombroses xarxes dins d’aquesta secció, tenen una semblança fonamental entre les valoracions de cada configuració, a causa del següent ús reiterat de la relació fonamental crucial:

En la majoria de situacions, l'IB base actual és la primera quantitat que cal establir. Un cop identificat IB, les relacions dels equ. (4.1) mitjançant (4.3) es podria implementar per obtenir la resta de quantitats en qüestió.

“com funciona un commutador ”

Les semblances en les avaluacions seran ràpides a mesura que avancem amb les seccions posteriors.

Les equacions de IB són tan idèntiques per a molts dels dissenys que una fórmula es podria derivar de l’altra simplement eliminant o inserint un o dos elements.

L'objectiu principal d'aquest capítol és establir un grau de comprensió del transistor BJT que us permeti implementar una anàlisi de CC de gairebé qualsevol circuit que tingui com a element l'amplificador BJT.

4.2 PUNT DE FUNCIONAMENT

La paraula biaix que apareix al títol d’aquest article és un terme en profunditat que significa la implementació de tensions de CC i per determinar un nivell fix de corrent i tensió en els BJT.

Per als amplificadors BJT, el corrent i el voltatge de CC resultants creen un punt d’operació sobre les característiques que estableixen la regió que es fa ideal per a l'amplificació necessària del senyal aplicat. Com que el punt de funcionament és un punt predeterminat sobre les característiques, també es pot anomenar punt de repòs (abreujat com a punt Q).

Per definició, 'repòs' significa silenci, quietud, sedentari. La figura 4.1 mostra una característica de sortida estàndard d’un BJT que té 4 punts operatius . El circuit de polarització es podria desenvolupar per establir el BJT a través d'un d'aquests punts o d'altres dins de la regió activa.

Les qualificacions màximes s’assenyalen a les característiques de la figura 4.1 a través d’una línia horitzontal per al màxim corrent del col·lector ICmax i una línia perpendicular al voltatge més alt del col·lector a emissor VCEmax.

La limitació de potència màxima s’identifica a partir de la corba PCmax a la mateixa figura. A l'extrem inferior del gràfic podem veure la regió de tall, identificada per IB ≤ 0μ, i la regió de saturació, identificada per VCE ≤ VCEsat.

La unitat BJT podria estar esbiaixada fora d’aquests límits màxims indicats, però la conseqüència d’aquest procés es traduiria en un deteriorament significatiu de la vida útil del dispositiu o en una avaria total del dispositiu.

Si restringiu els valors entre la regió activa indicada, es pot seleccionar una varietat de zones o punts d’operació . El punt Q seleccionat sol dependre de l'especificació prevista del circuit.

Tot i així, podem tenir en compte algunes distincions entre el nombre de punts il·lustrats a la figura 4.1 per proporcionar algunes recomanacions fonamentals punt d’operació , i per tant, el circuit de biaix.

Si no s’apliqués cap biaix, el dispositiu al principi quedaria completament apagat, cosa que provocaria que el punt Q estigués en A, és a dir, que hi hagi un corrent zero a través del dispositiu (i 0V a través d’ell). Com que és essencial esbiaixar un BJT per permetre que reaccioni durant tot el rang d'un senyal d'entrada donat, el punt A pot no semblar adequat.

Per al punt B, quan es connecta un senyal al circuit, el dispositiu mostrarà una variació de corrent i tensió a través del punt d’operació , permetent al dispositiu respondre (i potser amplificar) tant les aplicacions positives com les negatives del senyal d'entrada.

Quan s’utilitza de manera òptima el senyal d’entrada, el voltatge i el corrent del BJT probablement canviaran ..... no obstant això, pot ser que no sigui prou suficient per activar el dispositiu a tall o saturació.

El punt C pot ajudar a certes desviacions positives i negatives del senyal de sortida, però la magnitud de pic a pic es pot restringir a la proximitat de VCE = 0V / IC = 0 mA.

Treballar al punt C també pot causar poca preocupació pel que fa a les no-linealitats a causa del fet que la bretxa entre les corbes IB podria alterar-se ràpidament en aquesta àrea en particular.

En termes generals, és molt millor fer funcionar el dispositiu en què el guany del dispositiu sigui bastant consistent (o lineal), per garantir que l’amplificació de l’oscil·lació general del senyal d’entrada es mantingui uniforme.

El punt B és una regió que presenta un espaiat lineal més alt i, per aquest motiu, una major activitat lineal, tal com s’indica a la figura 4.1.

El punt D estableix el dispositiu punt d’operació prop dels nivells de potència i de voltatge més alts. Per tant, la variació del voltatge de sortida al límit positiu es restringeix quan no se supera la tensió màxima.

Com a resultat, el punt B es veu perfecte punt d’operació pel que fa al guany lineal i les majors variacions possibles de tensió i corrent.

Ho descriurem idealment per als amplificadors de senyal petit (capítol 8), però no sempre per als amplificadors de potència, ... en parlarem més endavant.

Dins d’aquest discurs, em centraré principalment en la polarització del transistor pel que fa a la funció d’amplificació de senyals petits.

Hi ha un altre factor de biaix extremadament crucial que cal tenir en compte. Havent determinat i esbiaixat el BJT amb un ideal punt d’operació , també s’han d’avaluar els efectes de la temperatura.

El rang de calor farà que els límits del dispositiu, com ara el guany de corrent del transistor (ac) i el corrent de fuita del transistor (ICEO), es desvien. L’augment de rangs de temperatura provocarà majors corrents de fuita al BJT i, per tant, modificarà l’especificació de funcionament establerta per la xarxa de polarització.

Això implica que el patró de xarxa també ha de facilitar un nivell d’estabilitat de la temperatura per garantir que els impactes de les variacions de temperatura siguin amb canvis mínims al punt d’operació . Aquest manteniment del punt de funcionament es podria estipular amb un factor d’estabilitat, S, que significa el nivell de desviacions del punt de funcionament causades per un canvi de temperatura.

Es recomana un circuit estabilitzat de manera òptima i aquí es valorarà la característica estable de diversos circuits de polarització essencials. Perquè el BJT sigui esbiaixat dins d'una regió operativa lineal o efectiva, s'han de complir els punts següents:

1. La unió base-emissor hauria de ser esbiaixada cap endavant (tensió de la regió p fortament positiva), permetent una tensió de biaix cap endavant d’uns 0,6 a 0,7 V.

2. La unió base-col·lector ha de ser polaritzada inversament (regió n fortament positiva), mantenint la tensió de polarització inversa en algun valor dins dels límits màxims del BJT.

“Classeu un circuit amplificador d'àudio ”

[Recordeu que per al biaix directe la tensió a la unió p-n serà pàg -positiva, i per al biaix invers s'inverteix tenint n -positius. Aquest enfocament a la primera lletra us ha de permetre recordar fàcilment la polaritat de voltatge essencial.]

El funcionament a les àrees de tall, saturació i lineals de la característica BJT es presenta normalment com s’explica a continuació:

1. Funcionament de regió lineal:

Unió base-emissor polaritzada cap endavant

Empalme invers de la unió base-col·lector

2. Operació de la regió de tall:

Empalme invers de la unió base-emissor

3. Funcionament de la regió de saturació:

Unió base-emissor polaritzada cap endavant

Unió base-col·lector polaritzada cap endavant

4.3 CIRCUIT DE BIAS FIXES

El circuit de polarització fixa de la figura 4.2 està dissenyat amb una visió general bastant senzilla i senzilla de l’anàlisi de polarització de CC de transistors.

Tot i que la xarxa implementa un transistor NPN, les fórmules i els càlculs podrien funcionar de la mateixa manera amb una configuració de transistor PNP simplement configurant de nou els camins de flux de corrent i les polaritats de voltatge.

Les direccions actuals de la figura 4.2 són les direccions actuals genuïnes i les tensions s’identifiquen mitjançant les anotacions universals de doble índex.

Per a l'anàlisi de corrent continu, el disseny es pot separar dels esmentats nivells de CA simplement canviant els condensadors amb un circuit obert equivalent.

A més, el subministrament de corrent continu VCC es podria dividir en un parell de subministraments separats (només per dur a terme l’avaluació) tal com es demostra a la figura 4.3 només per permetre el trencament dels circuits d’entrada i sortida.

El que fa això és minimitzar el vincle entre tots dos amb el corrent base IB. La separació és indiscutiblement legítima, com es mostra a la figura 4.3, on VCC està connectat directament a RB i RC igual que a la figura 4.2.

Biaix directe de la base – emissor

Analitzem primer el bucle del circuit emissor base que es mostra a la figura 4.4. Si implementem l’equació de voltatge de Kirchhoff en el sentit de les agulles del rellotge per al bucle, obtindrem la següent equació:

Podem veure que la polaritat de la caiguda de tensió a través de RB es determina a través de la direcció del corrent IB. Resoldre l’equació de l’IB actual ens proporciona el resultat següent:

Equació (4.4)

L’equació (4.4) és definitivament una equació que es pot memoritzar fàcilment, simplement recordant que el corrent base aquí es converteix en el corrent que passa per RB i aplicant la llei d’Ohm segons la qual el corrent és igual al voltatge a través de RB dividit per la resistència RB .

La tensió a través de RB és la tensió aplicada VCC en un extrem menys la caiguda a la unió de base a emissor (VBE).
A més, a causa del fet que l’alimentació VCC i el voltatge de l’emissor base VBE són quantitats fixes, l’elecció de la resistència RB a la base estableix la quantitat de corrent base per al nivell de commutació.

Bucle de col·leccionista-emissor

La figura 4.5 mostra l’etapa del circuit emissor del col·lector, on s’han presentat la direcció de l’IC actual i la polaritat corresponent a través de RC.
El valor del corrent del col·lector es pot veure directament relacionat amb IB a través de l’equació:

Equació (4.5)

Pot ser interessant veure que, atès que el corrent base depèn de les quantitats de RB, i IC està relacionat amb IB mitjançant una constant β, la magnitud de IC no és una funció de la resistència RC.

L’ajust de RC a algun altre valor no produirà cap efecte sobre el nivell d’IB o fins i tot d’IC, mentre es mantingui la regió activa del BJT.
Dit això, trobareu que la magnitud del VCE està determinada pel nivell de RC, i això pot ser una cosa crucial a tenir en compte.

Si utilitzem la llei de tensió de Kirchhoff en el sentit de les agulles del rellotge a través del bucle tancat mostrat a la figura 4.5, produeix les dues equacions següents:

Equació (4.6)

Això indica que la tensió a través de l’emissor del col·lector del BJT dins d’un circuit de polarització fixa és la tensió d’alimentació equivalent a la caiguda formada a través de RC
Per tenir una mirada ràpida de la notació de subíndex simple i doble, recordeu que:

VCE = VC - VE -------- (4.7)

on VCE indica la tensió que flueix del col·lector a l’emissor, VC i VE són les tensions que passen del col·lector i l’emissor cap a terra respectivament. Però aquí, ja que VE = 0 V, ho tenim

VCE = VC -------- (4.8)
També perquè tenim,
VBE = VB - AND -------- (4.9)
i com que VE = 0, finalment obtenim:
VBE = VB -------- (4.10)

Recordeu els punts següents:

Mentre mesureu els nivells de tensió com el VCE, assegureu-vos de posar la sonda vermella del voltímetre al pin del col·lector i la sonda negra al pin de l’emissor, tal com es mostra a la figura següent.

“com enrotllar un estator ”

VC significa el voltatge que passa del col·lector a terra i el seu procediment de mesura també és el que es dóna a la figura següent.

En aquest cas, les dues lectures anteriors seran similars, però per a diferents xarxes de circuits podria mostrar resultats diferents.

Això implica que aquesta diferència en les lectures entre les dues mesures podria resultar crucial mentre es diagnostica un possible error en una xarxa BJT.