트랜지스터의 DC 바이어스 – BJT

간단히 말해서, BJT의 바이어 싱은베이스 / 이미 터 단자에 더 작은 크기의 DC를 적용하여 BJT가 활성화되거나 켜지는 프로세스로 정의되어 상대적으로 더 큰 크기의 DC를 전달할 수 있습니다. 수집기 이미 터 단자.

DC 레벨에서 바이폴라 트랜지스터 또는 BJT의 작동은 다음과 같은 여러 요인에 의해 결정됩니다. 작동 지점 장치의 특성에.

이 기사에서 설명하는 섹션 4.2에서이 범위에 대한 세부 정보를 확인합니다. 작동 지점 BJT 앰프 용. 지정된 DC 전원이 계산되면 필요한 작동 지점을 결정하기위한 회로 설계를 만들 수 있습니다.

이 문서에서는 이러한 다양한 구성을 살펴 봅니다. 논의 된 모든 단일 모델은 또한 접근 방식의 안정성, 즉 시스템이 주어진 매개 변수에 얼마나 민감 할 수 있는지 정확히 식별합니다.

이 섹션에서는 수많은 네트워크를 조사하지만 다음과 같이 중요한 기본 관계를 반복적으로 사용하기 때문에 각 구성의 평가간에 근본적인 유사점이 하나 있습니다.

대부분의 상황에서 기본 전류 IB는 설정해야 할 첫 번째 수량입니다. IB가 식별되면 Eq의 관계. (4.1) via (4.3)은 문제의 나머지 수량을 얻기 위해 구현 될 수 있습니다.

평가의 유사점은 다음 섹션에서 진행함에 따라 빠르게 분명해질 것입니다.

IB에 대한 방정식은 많은 설계에서 매우 동일하므로 하나 또는 두 개의 요소를 간단히 제거하거나 삽입하여 하나의 공식을 다른 공식에서 파생시킬 수 있습니다.

이 장의 주요 목적은 BJT 증폭기를 요소로 사용하는 거의 모든 회로에 대한 DC 분석을 구현할 수 있도록 BJT 트랜지스터에 대한 이해 수준을 설정하는 것입니다.

4.2 작동 점

단어 편향 이 기사의 제목에 표시된 것은 DC 전압의 구현을 의미하고 BJT에서 고정 된 수준의 전류 및 전압을 결정하는 심층적 인 용어입니다.

BJT 증폭기의 경우 결과 DC 전류 및 전압은 작동 지점 적용된 신호의 필요한 증폭에 이상적인 영역을 설정하는 특성에 대해 설명합니다. 작동 지점은 특성상 미리 결정된 지점이기 때문에 대기 지점 (Q- 포인트로 약칭)이라고도합니다.

정의상 'Quiescent'는 침묵, 고요함, 앉아있는 것을 의미합니다. 그림 4.1은 4 개의 BJT의 표준 출력 특성을 보여줍니다. 작동 지점 . 바이어 싱 회로는 이러한 지점 중 하나 또는 활성 영역 내부의 다른 지점에서 BJT를 설정하도록 개발 될 수 있습니다.

최대 정격은 가장 높은 콜렉터 전류 ICmax에 대한 수평선과 가장 높은 콜렉터 대 이미 터 전압 VCEmax에 대한 수직선을 통해 그림 4.1의 특성에 지적되어 있습니다.

최대 전력 제한은 동일한 그림의 PCmax 곡선에서 식별됩니다. 그래프의 맨 아래에서 IB ≤ 0μ로 식별되는 컷오프 영역과 VCE ≤ VCEsat로 식별되는 포화 영역을 볼 수 있습니다.

BJT 장치는 표시된 최대 한계를 벗어나 편향 될 수 있지만 이러한 프로세스의 결과로 장치의 수명이 크게 저하되거나 장치가 완전히 고장날 수 있습니다.

표시된 활성 영역 사이의 값을 제한하면 다양한 작동 영역 또는 지점 . 선택한 Q- 포인트는 일반적으로 회로의 의도 한 사양에 따라 다릅니다.

그러나 우리는 그림 4.1에 나와있는 몇 가지 점들 사이에서 몇 가지 차이점을 확실히 고려하여 다음과 같은 몇 가지 기본적인 권장 사항을 제공 할 수 있습니다. 작동 지점 따라서 바이어스 회로입니다.

바이어스가 적용되지 않은 경우 장치는 처음에 완전히 꺼진 상태로 유지되어 Q- 포인트가 A에있게됩니다. 즉, 장치를 통한 전류가 0V가됩니다. 주어진 입력 신호의 전체 범위에 대해 반응 할 수 있도록 BJT를 바이어스하는 것이 필수적이기 때문에 지점 A가 적절하지 않게 보일 수 있습니다.

지점 B의 경우 신호가 회로에 연결되면 장치는 전류 및 전압의 변화를 작동 지점 , 장치가 입력 신호의 포지티브 및 네거티브 애플리케이션에 모두 응답 (및 아마도 증폭) 할 수 있도록합니다.

입력 신호가 최적으로 사용되면 BJT의 전압 및 전류가 변경 될 수 있습니다. 그러나 장치를 차단 또는 포화 상태로 활성화하기에 충분하지 않을 수 있습니다.

포인트 C는 출력 신호의 특정 포지티브 및 네거티브 편차에 도움이 될 수 있지만 피크 대 피크 크기는 VCE = 0V / IC = 0mA의 근접 도로 제한 될 수 있습니다.

마찬가지로 지점 C에서 작업하면 IB 곡선 사이의 간격이이 특정 영역에서 빠르게 변경 될 수 있기 때문에 비선형성에 대해 거의 걱정할 필요가 없습니다.

일반적으로 말해서, 입력 신호의 전체 스윙에 대한 증폭이 균일하게 유지되도록 장치의 이득이 다소 일관된 (또는 선형) 장치를 작동하는 것이 훨씬 좋습니다.

지점 B는 그림 4.1에 표시된 것처럼 더 높은 선형 간격과 그 이유 때문에 더 큰 선형 활동을 나타내는 영역입니다.

지점 D는 장치를 설정합니다. 작동 지점 가장 높은 전압 및 전력 레벨에 가깝습니다. 따라서 최대 전압을 초과하지 않아야하는 경우 양의 한계에서 출력 전압 스윙이 제한됩니다.

결과적으로 포인트 B가 완벽 해 보입니다. 작동 지점 선형 이득과 가능한 가장 큰 전압 및 전류 변동과 관련하여.

우리는 이것을 소 신호 증폭기 (8 장)에 이상적으로 설명 할 것이지만, 전력 증폭기에 대해서는 항상 그런 것은 아닙니다. ... 나중에 이에 대해 설명하겠습니다.

이 담론에서는 주로 소 신호 증폭 기능과 관련하여 트랜지스터 바이어스에 초점을 맞출 것입니다.

살펴보아야 할 또 다른 매우 중요한 편향 요소가 있습니다. 이상으로 BJT를 결정하고 편향 작동 지점 , 온도의 영향도 평가해야합니다.

열 범위는 트랜지스터 전류 이득 (ac) 및 트랜지스터 누설 전류 (ICEO)와 같은 장치 경계를 벗어나게합니다. 온도 범위가 증가하면 BJT에서 더 큰 누설 전류가 발생하므로 바이어스 네트워크에서 설정 한 작동 사양이 수정됩니다.

이것은 네트워크 패턴이 온도 변화에 미치는 영향을 최소화하기 위해 온도 안정성 수준을 촉진해야 함을 의미합니다. 작동 지점 . 작동 지점의 이러한 유지는 온도 변화로 인한 작동 지점의 편차 수준을 나타내는 안정성 계수 S로 규정 될 수 있습니다.

최적으로 안정화 된 회로가 권장되며 여러 필수 바이어스 회로의 안정적인 기능이 여기에서 평가됩니다. BJT가 선형 또는 유효 작동 영역 내에서 바이어스되도록하려면 아래 주어진 사항을 충족해야합니다.

1.베이스-이미 터 접합은 순방향 바이어스 (p 영역 전압 강하게 포지티브) 여야하므로 순방향 바이어스 전압이 약 0.6 ~ 0.7V가 될 수 있습니다.

2.베이스-컬렉터 접합은 역방향 바이어스 (n- 영역 강력 포지티브) 여야하며 역방향 바이어스 전압은 BJT의 최대 한계 내에서 일정한 값을 유지해야합니다.

[순방향 바이어스의 경우 p-n 접합부의 전압은 피 -긍정적이며 역 바이어스의 경우 반전됩니다. 엔 -양. 첫 글자에 초점을 맞추면 필수 전압 극성을 쉽게 기억할 수 있습니다.]

BJT 특성의 컷오프, 포화 및 선형 영역에서의 작동은 일반적으로 아래에 설명 된대로 표시됩니다.

1. 선형 영역 작동 :

베이스 이미 터 접합 순방향 바이어스

베이스-컬렉터 접합 역 바이어스

두. 컷오프 영역 작업 :

베이스 이미 터 접합 역 바이어스

삼. 포화 영역 작동 :

베이스 이미 터 접합 순방향 바이어스

베이스-컬렉터 접합 순방향 바이어스

4.3 FIXED-BIAS 회로

그림 4.2의 고정 바이어스 회로는 트랜지스터 DC 바이어스 분석에 대한 매우 간단하고 복잡하지 않은 개요로 설계되었습니다.

네트워크가 NPN 트랜지스터를 구현하지만 공식과 계산은 단순히 전류 흐름 경로와 전압 극성을 재구성하여 PNP 트랜지스터 설정과 동일하게 효과적으로 작동 할 수 있습니다.

그림 4.2의 현재 방향은 실제 전류 방향이며 전압은 범용 이중 첨자 주석으로 식별됩니다.

DC 분석의 경우, 커패시터를 개방 회로 등가물로 교체하기 만하면 설계가 언급 된 AC 레벨과 분리 될 수 있습니다.

더욱이, DC 전원 VCC는 입력 및 출력 회로의 분리를 허용하기 위해 그림 4.3에서 입증 된대로 두 개의 개별 전원으로 분할 될 수 있습니다 (평가 수행 전용).

이것이하는 일은베이스 전류 IB로 둘 사이의 링크를 최소화하는 것입니다. VCC가 그림 4.2에서와 같이 RB 및 RC에 곧바로 연결되는 그림 4.3에 표시된 것처럼 이별은 의심 할 여지없이 합법적입니다.

베이스 이미 터의 순방향 바이어스

먼저 그림 4.4에 표시된베이스 이미 터 회로 루프를 분석해 보겠습니다. 루프에 대해 Kirchhoff의 전압 방정식을 시계 방향으로 구현하면 다음 방정식이 도출됩니다.

전류 IB의 방향을 통해 결정된 RB 양단 전압 강하의 극성을 볼 수 있습니다. 현재 IB에 대한 방정식을 풀면 다음과 같은 결과를 얻을 수 있습니다.

방정식 (4.4)

식 (4.4)는 여기의베이스 전류가 RB를 통과하는 전류가된다는 것을 기억하고 RB 양단의 전압을 저항 RB로 나눈 전류에 따라 옴의 법칙을 적용하면 쉽게 기억할 수있는 방정식입니다. .

RB 양단의 전압은 한쪽 끝에 적용된 전압 VCC에서베이스-이미 터 접합 (VBE) 양단의 강하를 뺀 값입니다.
또한 공급 VCC와베이스 이미 터 전압 VBE가 고정 된 양이기 때문에베이스에서 저항 RB를 선택하면 스위칭 레벨에 대한베이스 전류 양이 설정됩니다.

수집기-이미 터 루프

그림 4.5는 전류 IC의 방향과 RC의 해당 극성이 제시된 콜렉터 이미 터 회로 단계를 보여줍니다.
콜렉터 전류의 값은 다음 방정식을 통해 IB와 직접 관련이 있음을 알 수 있습니다.

방정식 (4.5)

베이스 전류는 RB의 양에 의존하고 IC는 일정한 β를 통해 IB와 연결되어 있기 때문에 IC의 크기는 저항 RC의 함수가 아니라는 것을 알 수 있습니다.

RC를 다른 값으로 조정해도 BJT의 활성 영역이 유지되는 한 IB 또는 IC 수준에 영향을 미치지 않습니다.
즉, VCE의 크기는 RC 레벨에 의해 결정되며 이는 고려해야 할 중요한 사항 일 수 있습니다.

Kirchhoff의 전압 법칙을 그림 4.5에 표시된 폐 루프에서 시계 방향으로 사용하면 다음 두 방정식이 생성됩니다.

방정식 (4.6)

이것은 고정 바이어스 회로 내에서 BJT의 콜렉터 에미 터 양단의 전압이 RC 양단에 형성된 강하와 동등한 공급 전압임을 나타냅니다.
단일 및 이중 첨자 표기법을 간략하게 살펴 보려면 다음을 기억하십시오.

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

여기서 VCE는 콜렉터에서 이미 터로 흐르는 전압을 나타내며, VC 및 VE는 각각 콜렉터와 이미 터에서 접지로 전달되는 전압입니다. 하지만 여기서 VE = 0V이므로

VCE = VC -------- (4.8)
또한 우리가 가지고 있기 때문에
VBE = VB-그리고 -------- (4.9)
VE = 0이기 때문에 마침내 다음을 얻습니다.
VBE = VB -------- (4.10)

다음 사항을 기억하십시오.

VCE와 같은 전압 레벨을 측정하는 동안 다음 그림과 같이 전압계의 빨간색 프로브를 컬렉터 핀에, 이미 터 핀에 검은 색 프로브를 놓아야합니다.

VC는 콜렉터에서 접지로 전달되는 전압을 나타내며 측정 절차도 다음 그림과 같습니다.

현재의 경우 위의 두 판독 값은 비슷하지만 다른 회로 네트워크의 경우 다양한 결과를 표시 할 수 있습니다.

이것은 BJT 네트워크에서 가능한 오류를 진단하는 동안 두 측정 사이의 판독 값 차이가 중요 할 수 있음을 의미합니다.

실용적인 BJT 바이어스 예제 해결

그림 4.7의 고정 바이어스 구성에 대해 다음을 평가합니다.

주어진:
(a) IBQ 및 ICQ.
(b) VCEQ.
(c) VB 및 VC.
(d) VBC.

다음 장에서 우리는 BJT 채도.

참고

트랜지스터 바이어스