Biais du diviseur de tension dans les circuits BJT - Plus de stabilité sans facteur bêta

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La polarisation des bornes d'un transistor bipolaire à l'aide d'un réseau de diviseur résistif calculé pour assurer une performance et une réponse de commutation optimales est appelée polarisation du diviseur de tension.

Dans le conceptions de biais précédentes que nous avons appris le courant de polarisation I CQ et tension V CEQ étaient fonction du gain de courant (β) du BJT.



Mais, comme nous savons que β peut être vulnérable aux changements de température, en particulier pour les transistors en silicium, et que la vraie valeur de bêta n'est souvent pas correctement identifiée, il pourrait être conseillé de développer une polarisation de diviseur de tension dans le circuit BJT qui peut être inférieure sujettes aux températures, ou simplement indépendant de BJT beta lui-même.

configuration du diviseur de tension dans BJT

L'agencement de polarisation diviseur de tension de la figure 4.25 peut être considéré comme l'un de ces modèles.



Lorsqu'il est examiné avec un base exacte la sensibilité aux variations de la version bêta semble vraiment modeste. Si les variables du circuit sont correctement calculées, les niveaux de I CQ et V CEQ pourrait être pratiquement totalement indépendant de la version bêta.

Rappelez-vous des explications précédentes qu'un point Q est caractérisé avec un niveau fixe d'ICQ et de VCEQ comme le montre la figure 4.26.

Le degré de je BQ peut changer en fonction des variations de la bêta, mais le point de fonctionnement autour des caractéristiques identifiées par I CQ et V CEQ peut facilement rester inchangé si les directives de circuit appropriées sont appliquées.

Comme mentionné ci-dessus, vous trouverez quelques approches qui peuvent être utilisées pour étudier la configuration du diviseur de tension.

La raison derrière la sélection de noms spécifiques pour ce circuit deviendra évidente au cours de notre analyse et sera discutée dans les prochains articles.

Le tout premier est le technique exacte qui peut être effectuée sur n'importe quelle configuration de diviseur de tension.

Le second s'appelle le méthode approximative, et sa mise en œuvre devient réalisable lorsque certains facteurs sont remplis. Le approche approximative permet une analyse beaucoup plus directe avec un minimum d'effort et de temps.

De plus, cela peut être très utile pour le «mode de conception» dont nous parlerons dans les sections suivantes.
Dans l'ensemble, depuis le 'approche approximative' pourrait être travaillé avec la plupart des conditions et doit donc être évalué avec le même niveau d'attention que le «méthode exacte».

Analyse exacte

Apprenons comment la méthode de analyse exacte peut être implémenté avec l'explication suivante

En se référant à la figure suivante, le côté d'entrée du réseau pourrait être reproduit comme illustré sur la figure 4.27 pour l'analyse en courant continu.

Le Equivalent Thévenin réseau pour la conception sur le côté gauche de la base BJT peut alors être déterminé de la manière illustrée ci-dessous:

Equivalent Thévenin pour le réseau diviseur de tension BJT

RTh : Les points d'alimentation d'entrée sont remplacés par un court-circuit équivalent comme illustré à la Fig. 4.28 ci-dessous.



ETh: La source de tension d'alimentation V DC est réappliquée au circuit, et la tension de Thévenin en circuit ouvert apparaissant sur la figure 4.29 ci-dessous est évaluée comme indiqué ci-dessous:

En implémentant la règle du diviseur de tension, nous arrivons à l'équation suivante:

Ensuite, en recréant le plan de Thévenin comme illustré sur la figure 4.30, nous évaluons I BQ en appliquant d'abord la loi de tension de Kirchhoff dans le sens des aiguilles d'une montre pour la boucle:

ETh - IBRTh - VBE - IERE = 0

Comme nous le savons IE = (β + 1) B En le substituant dans la boucle ci-dessus et en résolvant I B donne:

Équation. 4.30

À première vue, vous pouvez ressentir Eq. (4.30) est assez différent des autres équations développées jusqu'à présent, mais un examen plus attentif montrera que le numérateur n'est qu'une différence de deux niveaux de volt, tandis que le dénominateur est le résultat de la résistance de base + la résistance de l'émetteur, qui est reflétée par (β + 1) et est sans aucun doute très similaire à Eq. (4,17) ( Boucle d'émetteur de base )

Une fois que IB est calculé à l'aide de l'équation ci-dessus, le reste des grandeurs dans la conception pourrait être identifié par la même méthode que nous l'avons fait pour le réseau de polarisation d'émetteur, comme indiqué ci-dessous:

Équation (4,31)

Résolution d'un exemple pratique (4.7)
Calculez la tension de polarisation CC V CE et le courant je C dans le réseau diviseur de tension illustré ci-dessous Fig. 4.31

Figure 4.31 Circuit bêta-stabilisé pour l'exemple 4.7.

Analyse approximative

Dans la section ci-dessus, nous avons appris la `` méthode exacte '', nous discuterons ici de la `` méthode approximative '' d'analyse du diviseur de tension d'un circuit BJT.

Nous pouvons dessiner l'étage d'entrée d'un réseau diviseur de tension basé sur BJT comme le montre la figure 4.32 ci-dessous.

La résistance Ri peut être considérée comme la résistance équivalente entre la base et la ligne de masse du circuit, et RE comme la résistance entre l'émetteur et la masse.

De nos discussions précédentes [Eq. (4.18)] on sait que la résistance reproduite ou réfléchie entre base / émetteur du BJT est exposée par l'équation Ri = (β + 1) RE.

Si nous considérons une situation où Ri est considérablement plus grand que la résistance R2, il en résultera IB relativement plus petit que I2 (rappelez-vous que le courant essaie toujours de trouver et de se déplacer dans la direction de la résistance minimale), et donc I2 deviendra approximativement égal à I1.

En considérant que la valeur approximative de IB est essentiellement nulle par rapport à I1 ou I2, alors I1 = I2, et R1 et R2 peuvent être considérés comme des éléments en série.

Figure 4.32 Circuit de polarisation partielle pour le calcul de la tension de base approximative V B .

La tension aux bornes de R2, qui serait à l'origine la tension de base, pourrait être évaluée comme indiqué ci-dessous, en appliquant le réseau de règles de diviseur de tension:

Maintenant depuis Ri = (β + 1) RE ≅ b RÉ, la condition qui confirme si l'exécution de la méthode approchée est faisable ou non est décidée par l'équation:

En termes simples, si la valeur RE multipliée par la valeur de β, n'est pas inférieure à 10 fois la valeur de R2, alors il peut être autorisé à mettre en œuvre l'analyse approchée avec une précision optimale

Une fois VB évalué, la magnitude VE peut être déterminée par l'équation:

tandis que le courant de l'émetteur pourrait être calculé en appliquant la formule:


La tension du collecteur à l'émetteur peut être identifiée en utilisant la formule suivante:

VCE = VCC - CICR - IERE

Cependant depuis IE ≅ IC, nous arrivons à l'équation suivante:

Il convient de noter que dans la série de calculs que nous avons fait à partir de l'Eq. (4.33) à l'Eq. (4.37) ,, l'élément β n'est présent nulle part, et IB n'a pas été calculé.

Cela implique que le point Q (tel qu'établi par I CQ et V CEQ ) par conséquent ne dépend pas de la valeur de β
Exemple pratique (4.8):

Appliquons l'analyse à notre précédente Graphique 4.31 , en utilisant une approche approximative, et comparez les solutions pour ICQ et VCEQ.

On observe ici que le niveau de VB est identique à celui de ETh, comme évalué dans notre exemple précédent 4.7. Ce que cela signifie fondamentalement, c'est que la différence entre l'analyse approximative et l'analyse exacte est influencée par RTh, qui est responsable de la séparation de ETh et VB dans l'analyse exacte.

Aller de l'avant,

Exemple suivant 4.9

Effectuons l'analyse exacte de l'exemple 4.7 si β est diminué à 70, et trouvons la différence entre les solutions pour ICQ et VCEQ.

Solution
Cet exemple ne peut pas être pris comme une comparaison entre les stratégies exactes et approximatives, mais uniquement pour tester le degré auquel le point Q peut se déplacer dans le cas où l'amplitude de β est réduite de 50%. RTh et ETh sont identiques:

Organiser les résultats sous forme de tableau nous donne ce qui suit:


À partir du tableau ci-dessus, nous pouvons clairement comprendre que le circuit est relativement insensible au changement des niveaux de β. Malgré le fait que la magnitude β a été considérablement réduite de 50%, de la valeur de 140 à 70, bien que les valeurs de ICQ et VCEQ soient fondamentalement les mêmes.

Exemple suivant 4.10

Évaluer les niveaux de I CQ et V CEQ pour le réseau diviseur de tension comme indiqué sur la figure 4.33 en appliquant la exact et approximatif approches et comparez les solutions qui en résultent.

Évaluer les niveaux ICQ et VCEQ pour le réseau diviseur de tension

Dans le scénario actuel, les conditions données dans l'Eq. (4.33) peut ne pas être satisfait, cependant les réponses peuvent nous aider à identifier la différence dans la solution avec les conditions de l'équation. (4.33) n'étant pas pris en compte.
Figure 4.33 Diviseur de tension réseau pour l'exemple 4.10.

Solution de diviseur de tension utilisant une analyse exacte

Résolution à l'aide de l'analyse exacte:

Résolution à l'aide d'une analyse approximative:


À partir des évaluations ci-dessus, nous sommes en mesure de voir la différence entre les résultats obtenus à partir des méthodes exactes et approximatives.

Les résultats révèlent que je CQ est environ 30% plus élevé pour la méthode approximative, tandis que V CEQ est 10% plus bas. Bien que les résultats ne soient pas tout à fait identiques, compte tenu du fait que βRE n'est que 3 fois plus grand que R2, les résultats ne sont en réalité pas trop éloignés non plus.

Dit que, pour notre future analyse, nous nous baserons principalement sur l'Eq. (4.33) pour assurer une similitude maximale entre les deux analyses.




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