在本節(jié)中,我們將分析BJT共基構(gòu)型,了解其驅(qū)動(dòng)點(diǎn)特性、反向飽和電流、基極至發(fā)射極電壓,并通過實(shí)際求解示例評(píng)估參數(shù)。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(dāng)今印刷的大多數(shù)
書籍和指南中,用于表示晶體管公共基極配置的符號(hào)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(shù)語“公共基”源于這樣一個(gè)事實(shí),即這里的基數(shù)對(duì)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(gè)對(duì)話中,所有電流(安培)方向都將相對(duì)于傳統(tǒng)的(空穴)流動(dòng)方向而不是電子流方向。
決定這一選擇主要是考慮到學(xué)術(shù)和商業(yè)組織提供的大量文件實(shí)現(xiàn)了常規(guī)流程,并且每個(gè)電子表示中的箭頭都具有與該特定約定標(biāo)識(shí)的路徑。
對(duì)于任何雙極晶體管:
圖形符號(hào)中的箭頭標(biāo)記描述了發(fā)射極電流(常規(guī)流)穿過晶體管的流動(dòng)方向。
每個(gè)電流(安培)方向都顯示在圖中。3.6 是真正方向,其特點(diǎn)是選擇常規(guī)流程。在每種情況下觀察IE = IC + IB。
另請(qǐng)注意,實(shí)現(xiàn)的偏置(電壓源)專門用于確定為每個(gè)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(jìn)行比較,并將IC的方向與VCC的極性進(jìn)行比較。
全面說明三端子單元的動(dòng)作,例如圖中的共基放大器。3.6,需要 2 組屬性 - 一組用于驅(qū)動(dòng)點(diǎn)或輸入因子,另一組用于輸出部分。
共基極放大器的輸入設(shè)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(yīng)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(gè)感興趣的基本元素。3.8:活動(dòng)、截止和飽和區(qū)域。有源區(qū)域?qū)⑹峭ǔ?duì)線性(未失真)放大器有用的區(qū)域。具體說來:
在有源區(qū)域內(nèi),集電極-基極結(jié)將反向偏置,而基極-發(fā)射極結(jié)將正向偏置。
有源區(qū)域的特征在于如圖所示的偏置配置。3.6.
在有源區(qū)域的下端,發(fā)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(jié)果,如圖所示。3.8.
與IC的垂直刻度(毫安)相比,當(dāng)前的ICO在尺寸上可以忽略不計(jì)(微安),以至于它實(shí)際上與IC = 0在同一水平線上呈現(xiàn)自己。
當(dāng)IE = 0時(shí),公共基座設(shè)置的電路考慮因素如圖所示。3.9.
數(shù)據(jù)表和規(guī)格表上最常用于ICO的注釋如圖所示。3.9,ICBO。由于卓越的設(shè)計(jì)方法,中低功率范圍內(nèi)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(duì)于更大的功率設(shè)備,ICBO可能會(huì)繼續(xù)出現(xiàn)在微安范圍內(nèi)。此外,請(qǐng)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(gè)關(guān)鍵方面,因?yàn)樗梢皂憫?yīng)溫度升高而顯著迅速上升。
請(qǐng)注意圖。3.8 當(dāng)發(fā)射極電流上升到零以上時(shí),集電極電流上升到與基本晶體管-電流關(guān)系確定的發(fā)射極電流基本相當(dāng)?shù)乃健?/p>
另請(qǐng)注意,VCB對(duì)有源區(qū)域的集電極電流的影響相當(dāng)無效。彎曲的形狀清楚地表明,對(duì)有源區(qū)域中IE和IC之間關(guān)系的初步估計(jì)可以表示為:
從其標(biāo)題本身推斷,截止區(qū)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(qū)域,晶體管的集電極-基極和基極-發(fā)射極結(jié)往往處于反向偏置模式。
飽和區(qū)域被標(biāo)識(shí)為VCB = 0
V左側(cè)的特性部分。該區(qū)域的水平比例已擴(kuò)大,以清楚地揭示該區(qū)域?qū)傩缘娘@著增強(qiáng)。觀察集電極電流的指數(shù)浪涌,響應(yīng)電壓VCB向0 V的升高。
集電極-基極和基極-發(fā)射極結(jié)在飽和區(qū)域可以看到正向偏置。
圖的輸入特性3.7 顯示,對(duì)于任何預(yù)定的集電極電壓(VCB)幅度,發(fā)射極電流的增加方式可能與二極管特性非常相似。
實(shí)際上,VCB上升對(duì)特性的影響往往很小,以至于對(duì)于任何初步評(píng)估,都可以忽略VCB變化引起的差異,并且可以如圖所示實(shí)際表示特征。下文3.10a。
因此,如果我們使用分段線性技術(shù),這將產(chǎn)生如圖所示的特征。3.10b.
將這一水平提高到一個(gè)水平,并忽略曲線的斜率以及由此產(chǎn)生的正向偏置結(jié)產(chǎn)生的電阻將導(dǎo)致如圖所示的特性。3.10c.
對(duì)于本網(wǎng)站將討論的所有未來調(diào)查,等效設(shè)計(jì)為圖。3.10c將用于晶體管電路的所有直流評(píng)估。這意味著,每當(dāng)BJT處于“導(dǎo)通”狀態(tài)時(shí),基極到發(fā)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(huì)被忽視,因?yàn)槲覀兣υu(píng)估BJT配置,以幫助我們獲得實(shí)際響應(yīng)的最佳近似值,而不會(huì)過多地涉及可能不太重要的參數(shù)。
圖3.10
我們都應(yīng)該徹底理解圖的上述特征所表達(dá)的斷言。3.10c.
他們定義,當(dāng)晶體管處于“導(dǎo)通”或有源狀態(tài)時(shí),對(duì)于由相關(guān)外部電路網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)的任何發(fā)射極電流量,從基極到發(fā)射極的電壓將為 0.7 V。
更準(zhǔn)確地說,對(duì)于直流配置中BJT電路的任何初始實(shí)驗(yàn),用戶現(xiàn)在可以快速定義當(dāng)器件處于有源區(qū)域時(shí),通過基極到發(fā)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(guān)鍵的底線,這將在我們即將發(fā)表的文章中討論。
求解實(shí)際示例 (3.1)
在上面的章節(jié)中,我們?cè)?.4節(jié)中了解了BJT的基極電流IC和發(fā)射極電流IE之間的關(guān)系的共基極配置。參考本文,我們現(xiàn)在可以設(shè)計(jì)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(gè)問題之前,了解什么是alpha(α)對(duì)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(shù)載流子的影響,電流IC和IE形成由數(shù)量alpha表示的關(guān)系,并表示為:
α 直流 = IC / IE -------------------- (3.5)
其中 IC 和I E 是操作點(diǎn)的當(dāng)前水平。盡管上述特征表明α =
1,但在實(shí)際設(shè)備和實(shí)驗(yàn)中,該量可能位于0.9至0.99之間,并且在大多數(shù)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(shù)載流子定義的,所以我們?cè)谇懊娴恼鹿?jié)中學(xué)到的等式3.2現(xiàn)在可以寫成:
參考圖3.8中的特性,當(dāng)IE = 0 mA時(shí),IC值因此變?yōu)? 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(shí)別。
這意味著,在上述圖表中,每當(dāng)IE = 0 mA時(shí),對(duì)于VCB值范圍,IC也會(huì)變成0 mA。
當(dāng)我們考慮一個(gè)交流信號(hào)時(shí),其中工作點(diǎn)在特性曲線上行進(jìn),交流α可以寫成:
交流阿爾法有幾個(gè)正式名稱,它們是:共堿基、放大因子、短路。這些名稱的原因?qū)⒃诤竺娴恼鹿?jié)中更加明顯,同時(shí)評(píng)估BJT的等效電路。
在這一點(diǎn)上,我們可以發(fā)現(xiàn)上面的方程3.7證實(shí)了集電極電流的相對(duì)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(shù)情況下,α交流和α直流的數(shù)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?yàn)槲覀兊膶?shí)際意圖只是分析交流響應(yīng)。
正如我們?cè)谥瓣P(guān)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(nèi)變化。在同一章中,我們還在圖3.8中看到,公共基極網(wǎng)絡(luò)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(nèi)變化。
電阻值的這些差異主要是由于輸入側(cè)(基極與發(fā)射極之間)出現(xiàn)的正向偏置結(jié)和基極和集電極之間的輸出側(cè)出現(xiàn)反向偏置結(jié)。
通過對(duì)輸入電阻施加20歐姆(如上圖所示)的典型值,對(duì)輸入電壓施加200mV的典型值,我們可以通過以下求解示例評(píng)估輸出側(cè)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(duì)于這樣的網(wǎng)絡(luò),電流放大IC/IE總是小于1,因?yàn)镮C =
alphaIE,而alpha總是小于1。
在初步實(shí)驗(yàn)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(zhuǎn)移而引入的。
上句中兩個(gè)斜體短語之間的關(guān)系實(shí)際上導(dǎo)致了晶體管一詞:
Transfer + resistor = 晶體管。
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BJT
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BJT管
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共基極放大電路
+關(guān)注
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