Metodi di polarizzazione dei transistor

La polarizzazione nei circuiti a transistor viene eseguita utilizzando due sorgenti CC V BB e V CC . È economico ridurre al minimo la sorgente CC a una fonte invece di due, il che rende anche il circuito semplice.

I metodi comunemente usati di polarizzazione del transistor sono

  • Metodo della resistenza di base
  • Bias da collettore a base
  • Biasing con resistore di feedback del collettore
  • Bias del divisore di tensione

Tutti questi metodi hanno lo stesso principio di base per ottenere il valore richiesto di I B e I C da V CC nelle condizioni di segnale zero.

Metodo di resistenza di base

In questo metodo, un resistore R B di alta resistenza è collegato in base, come suggerisce il nome. La corrente di base del segnale di zero richiesto è fornito da V CC che scorre attraverso R B . La giunzione base-emettitore è polarizzata in avanti, poiché la base è positiva rispetto all'emettitore.

Il valore richiesto della corrente di base del segnale zero e quindi la corrente del collettore (come I C = βI B ) può essere fatto fluire selezionando il valore appropriato del resistore di base RB. Quindi il valore di R B deve essere conosciuto. La figura seguente mostra l'aspetto di un metodo di resistenza di base per il circuito di polarizzazione.

Sia I C la corrente del collettore del segnale zero richiesta. Perciò,

$$ I_B = \ frac {I_C} {\ beta} $$

Considerando il circuito chiuso da V CC , base, emettitore e massa, applicando la legge della tensione di Kirchhoff, otteniamo,

$$ V_ {CC} = I_B R_B + V_ {BE} $$

O

$$ I_B R_B = V_ {CC} - V_ {BE} $$

Perciò

$$ R_B = \ frac {V_ {CC} - V_ {BE}} {I_B} $$

Poiché V BE è generalmente piuttosto piccolo rispetto a V CC , il primo può essere trascurato con pochi errori. Poi,

$$ R_B = \ frac {V_ {CC}} {I_B} $$

Sappiamo che V CC è una quantità nota fissa e I B è scelto a un valore adeguato. Poiché R B può essere trovato direttamente, questo metodo è chiamato comefixed bias method.

Fattore di stabilità

$$ S = \ frac {\ beta + 1} {1 - \ beta \ left (\ frac {d I_B} {d I_C} \ right)} $$

Nel metodo di polarizzazione fissa, I B è indipendente da I C in modo che,

$$ \ frac {d I_B} {d I_C} = 0 $$

Sostituendo il valore precedente nell'equazione precedente,

Fattore di stabilità, $ S = \ beta + 1 $

Quindi il fattore di stabilità in un bias fisso è (β + 1), il che significa che I C cambia (β + 1) volte tanto quanto qualsiasi cambiamento in I CO .

Vantaggi

  • Il circuito è semplice.
  • Solo un resistore R E 'richiesto.
  • Le condizioni di polarizzazione vengono impostate facilmente.
  • Nessun effetto di caricamento in quanto non è presente alcuna resistenza alla giunzione base-emettitore.

Svantaggi

  • La stabilizzazione è scarsa poiché lo sviluppo di calore non può essere arrestato.

  • Il fattore di stabilità è molto alto. Quindi, ci sono forti possibilità di fuga termica.

Quindi, questo metodo è utilizzato raramente.

Collector to Base Bias

Il circuito di polarizzazione da collettore a base è uguale al circuito di polarizzazione di base tranne per il fatto che il resistore di base R B viene restituito al collettore, piuttosto che all'alimentazione V CC come mostrato nella figura sotto.

Questo circuito aiuta a migliorare notevolmente la stabilità. Se il valore di I C aumenta, la tensione ai capi di R L aumenta e quindi aumenta anche V CE . Questo a sua volta riduce la base corrente I B . Questa azione compensa in qualche modo l'aumento originale.

Il valore richiesto di R B necessario per fornire la corrente del collettore del segnale zero I C può essere calcolato come segue.

La caduta di tensione su R L sarà

$$ R_L = (I_C + I_B) R_L \ cong I_C R_L $$

Dalla figura,

$$ I_C R_L + I_B R_B + V_ {BE} = V_ {CC} $$

O

$$ I_B R_B = V_ {CC} - V_ {BE} - I_C R_L $$

Perciò

$$ R_B = \ frac {V_ {CC} - V_ {BE} - I_C R_L} {I_B} $$

O

$$ R_B = \ frac {(V_ {CC} - V_ {BE} - I_C R_L) \ beta} {I_C} $$

Applicando KVL abbiamo

$$ (I_B + I_C) R_L + I_B R_B + V_ {BE} = V_ {CC} $$

O

$$ I_B (R_L + R_B) + I_C R_L + V_ {BE} = V_ {CC} $$

Perciò

$$ I_B = \ frac {V_ {CC} - V_ {BE} - I_C R_L} {R_L + R_B} $$

Poiché V BE è quasi indipendente dalla corrente del collettore, otteniamo

$$ \ frac {d I_B} {d I_C} = - \ frac {R_L} {R_L + R_B} $$

Lo sappiamo

$$ S = \ frac {1 + \ beta} {1 - \ beta (d I_B / d I_C)} $$

Perciò

$$ S = \ frac {1 + \ beta} {1 + \ beta \ left (\ frac {R_L} {R_L + R_B} \ right)} $$

Questo valore è inferiore a (1 + β) che si ottiene per il circuito a polarizzazione fissa. Quindi c'è un miglioramento nella stabilità.

Questo circuito fornisce un feedback negativo che riduce il guadagno dell'amplificatore. Quindi la maggiore stabilità del collettore al circuito di polarizzazione di base si ottiene al costo del guadagno di tensione CA.

Biasing con resistore di feedback del collettore

In questo metodo, il resistore di base R B ha un'estremità collegata alla base e l'altra al collettore come suggerisce il nome. In questo circuito, la corrente di base del segnale zero è determinata da V CB ma non da V CC .

È chiaro che V CB spinge in avanti la giunzione base-emettitore e quindi corrente di base I B scorre attraverso R B . Ciò fa sì che la corrente del collettore del segnale zero fluisca nel circuito. La figura seguente mostra la polarizzazione con il circuito del resistore di feedback del collettore.

Il valore richiesto di R B necessario per fornire la corrente di segnale zero I C può essere determinato come segue.

$$ V_ {CC} = I_C R_C + I_B R_B + V_ {BE} $$

O

$$ R_B = \ frac {V_ {CC} - V_ {BE} - I_C R_C} {I_B} $$

$$ = \ frac {V_ {CC} - V_ {BE} - \ beta I_B R_C} {I_B} $$

Poiché $ I_C = \ beta I_B $

In alternativa,

$$ V_ {CE} = V_ {BE} + V_ {CB} $$

O

$$ V_ {CB} = V_ {CE} - V_ {BE} $$

Da

$$ R_B = \ frac {V_ {CB}} {I_B} = \ frac {V_ {CE} - V_ {BE}} {I_B} $$

Dove

$$ I_B = \ frac {I_C} {\ beta} $$

Matematicamente,

Fattore di stabilità, $ S <(\ beta + 1) $

Pertanto, questo metodo fornisce una migliore stabilità termica rispetto al bias fisso.

I valori del punto Q per il circuito sono mostrati come

$$ I_C = \ frac {V_ {CC} - V_ {BE}} {R_B / \ beta + R_C} $$

$$ V_ {CE} = V_ {CC} - I_C R_C $$

Vantaggi

  • Il circuito è semplice in quanto necessita di un solo resistore.
  • Questo circuito fornisce una certa stabilizzazione, per modifiche minori.

Svantaggi

  • Il circuito non fornisce una buona stabilizzazione.
  • Il circuito fornisce un feedback negativo.

Metodo di polarizzazione del divisore di tensione

Tra tutti i metodi per fornire biasing e stabilizzazione, il voltage divider bias methodè il più importante. Qui vengono impiegati due resistori R 1 e R 2 , che sono collegati a V CC e forniscono polarizzazione. Il resistore R E impiegato nell'emettitore fornisce la stabilizzazione.

Il nome partitore di tensione deriva dal partitore di tensione formato da R 1 e R 2 . La caduta di tensione su R 2 in avanti polarizza la giunzione base-emettitore. Ciò fa sì che la corrente di base e quindi il flusso di corrente del collettore nelle condizioni di segnale zero. La figura seguente mostra il circuito del metodo di polarizzazione del partitore di tensione.

Supponiamo che la corrente che scorre attraverso la resistenza R 1 sia I 1 . Poiché la corrente di base I B è molto piccola, quindi, si può presumere con ragionevole precisione che anche la corrente che scorre attraverso R 2 sia I 1 .

Ora proviamo a derivare le espressioni per corrente di collettore e tensione di collettore.

Corrente del collettore, I C

Dal circuito è evidente che,

$$ I_1 = \ frac {V_ {CC}} {R_1 + R_2} $$

Pertanto, la tensione attraverso la resistenza R 2 è

$$ V_2 = \ sinistra (\ frac {V_ {CC}} {R_1 + R_2} \ destra) R_2 $$

Applicando la legge della tensione di Kirchhoff al circuito di base,

$$ V_2 = V_ {BE} + V_E $$

$$ V_2 = V_ {BE} + I_E R_E $$

$$ I_E = \ frac {V_2 - V_ {BE}} {R_E} $$

Dato che I E ≈ I C ,

$$ I_C = \ frac {V_2 - V_ {BE}} {R_E} $$

Dall'espressione sopra, è evidente che I C non dipende da β. V BE è molto piccolo e I C non viene influenzato affatto da V BE . Così I C in questo circuito è quasi indipendente dai parametri del transistor e quindi si ottiene una buona stabilizzazione.

Tensione collettore-emettitore, V CE

Applicando la legge della tensione di Kirchhoff al lato del collettore,

$$ V_ {CC} = I_C R_C + V_ {CE} + I_E R_E $$

Dal momento che I E ≅ I C

$$ = I_C R_C + V_ {CE} + I_C R_E $$

$$ = I_C (R_C + R_E) + V_ {CE} $$

Perciò,

$$ V_ {CE} = V_ {CC} - I_C (R_C + R_E) $$

R E fornisce un'eccellente stabilizzazione in questo circuito.

$$ V_2 = V_ {BE} + I_C R_E $$

Supponiamo che ci sia un aumento della temperatura, quindi la corrente del collettore I C diminuisce, il che fa aumentare la caduta di tensione su R E. Poiché la caduta di tensione su R 2 è V 2 , che è indipendente da I C , il valore di V BE diminuisce. Il valore ridotto di I B tende a riportare I C al valore originale.

Fattore di stabilità

L'equazione per Stability factor di questo circuito si ottiene come

Fattore di stabilità = $ S = \ frac {(\ beta + 1) (R_0 + R_3)} {R_0 + R_E + \ beta R_E} $

$$ = (\ beta + 1) \ times \ frac {1 + \ frac {R_0} {R_E}} {\ beta + 1 + \ frac {R_0} {R_E}} $$

Dove

$$ R_0 = \ frac {R_1 R_2} {R_1 + R_2} $$

Se il rapporto R 0 / R E è molto piccolo, allora R0 / RE può essere trascurato rispetto a 1 e il fattore di stabilità diventa

Fattore di stabilità = $ S = (\ beta + 1) \ times \ frac {1} {\ beta + 1} = 1 $

Questo è il valore più piccolo possibile di S e porta alla massima stabilità termica possibile.