БЈТс афтер Биасинг: Анализа БЈТ-а са моделом мале сигнале

Anonim

БЈТс афтер Биасинг: Анализа БЈТ-а са моделом мале сигнале


Овај чланак представља два круга која се могу користити за анализу понашања малих сигнала транзистора биполарног споја.

Подршка информације

  • Увод у диоде и исправљаче
  • Биполарни спојни транзистори

Често користимо БЈТ као директан електрични прекидач (као што је описано у мом претходном чланку о брзој анализи БЈТ прекидача / управљачких кругова). Ове апликације се фокусирају на "велике сигнале" услова транзистора, што значи ДЦ струје и напоне који одређују режим рада транзистора и укупну струју која улази у или из њене базе, колектора и емитера.

БЈТ су такође способни да појачају сигнале мале амплитуде, а апликације за појачаваче, као што су ове, доводе нас у "мали сигнал". Ова област не замењује услове великог сигнала; Преко операције малих сигнала се надовезује на операције великог сигнала. Користимо услове великог сигнала како би пристали на транзистор, а услови утискања наметнутог од датог кола утичу на понашање БЈТ-а са малим сигналом.

Мали сигнални модели

Након што је БЈТ пристрасан, можемо се усредсредити на рад малог сигнала, а анализа малих сигнала је лакша када замијенимо БЈТ са једноставним елементима кола који производе функционалност еквивалентну оној од транзистора. Само запамтите да су ови модели релевантни само за рад са малим сигналом, а осим тога, не можете користити моделе све док не успоставите услове великог сигнала.

Модел хибрид-π

Први модел малог сигнала о коме ћемо разговарати назива се хибрид-π модел, и изгледа овако (за НПН транзистор):

Као што видите, има три терминала који одговарају БЈТ-овој бази, колектору и емитеру. Ток који улази у базу одређује се напон основног / емитера (В БЕ ) и Р π, а струја колектора генерише струјни извор струје под контролом струје. Као и код НПН великог сигнала, струја колектора улази у колектор, базна струја се протиче у базу, а струја емитера излази из емитера и представља збир базне струје и струје колектора.

Струја колектора је једнака β пута И Б, што није изненађујуће. И Б је одређен са В БЕ и Р π, и ово је место где се успоравају услови:

$$ Р _ {\ пи} = \ фрац {\ бета} {г_м} $$

$$ г_м = трансцондуцтанце = \ фрац {И_ {Ц_ {БИАС}}} {В_т} $$

Тако да нам је потребан И Б да одредим И Ц, а потребно нам је Р π да одредимо И Б, а потребно је г м за одређивање Р π и потребан ми је И ЦБИАС (тј. Колекторска струја великог сигнала) за одређивање г м .

Могуће је преформулисати модел хибрид-π тако да директно рачунате са В БЕ на И Ц. Ако замените β са г м Р π, имате И Ц = И Б г м Р π = г м В БЕ .

Модел Т

У неким случајевима можете више да користите следећу алтернативу хибрид-π моделу:

Ово се зове Т модел. Изгледа сасвим другачије од модела хибрид-π, али су оба валидна у свим случајевима и произвешће једнаке резултате (докле год имате математику десно). Са Т моделом, опет морате знати струју колектора великог сигнала (за израчунавање г м ), јер се отпорност Р Е израчунава на следећи начин:

$$ Р_Е = \ фрац {\ алпха} {г_м} $$

За израчунавање параметра α можете користити следећу формулу:

$$ \ алпха = \ фрац {\ бета} {\ бета + 1} $$

Као код модела хибрид-π, Т модел може користити или напон или струју као променљиву која контролише тренутни извор. У Т моделу, тренутни извор извора је или г м В БЕ (као што је приказано горе) или αИ Е :

Коришћење модела

БЈТ модели малих сигнала су замене за БЈТ симбол у дијаграму кола. Када одредите услове предрасуда, уклоните БЈТ, убаците модел малог сигнала и повежите претходне базне, збирне и емитерске чворове са терминалима базе, колектора и емитера модела.

Следећи корак није толико очигледан: морате заменити сваки ДЦ напонски извор са кратким спојем и сваким ДЦ струјним извором са отвореним кругом, јер то одговара њиховом понашању у контексту рада са малим сигналом. Имајте на уму да се "напонска шина" (нпр. В ЦЦ, В ДД ) која се појављује на шеми као једноставно напонски напон постаје прикључак уземљења, јер је шина уствари стенаст нацин цртања нормалног извора напона који има један прикључен прикључак на земљу.

У овом тренутку сте претворили коло са великог сигнала на мали сигнал и спремни сте да поступите стандардним поступцима анализе кола.

Рачуноводство за рани ефекат

Имам чланак који служи као увод у рани ефекат ако желите детаљније објашњење. Међутим, да би се направила кратка прича, рани ефекат се односи на феномен који се јавља унутар БЈТ-а и узрокује напон колектора на активном моду колектора. Прецизније, повећање напона колектора и емитера доводи до повећања струје колектора.

Ако размишљате о моделима малих сигнала који су приказани горе, можете видети да они не инкорпорирају рани ефекат: једина варијабла малих сигнала која утиче на струју колектора је основна струја, струја емитера или базна- напон емитера. Ако желимо да модели малих сигнала буду тачнији, морамо да рачунамо за рани ефекат.

Срећом, ово је лако учинити. Све што нам треба је отпорник повезан између колектора и емитера.

Овај отпор представља отпор малог сигнала који се израчунава на следећи начин:

$$ Р_ {О_ {СС}} = \ фрац {В_А + В {_ {ЦЕ_ {БИАС}}}} {И_ {Ц_ {БИАС}}}

Рани напон (В А ) ће често бити знатно већи од напона колектора до емитера, тако да можете поједноставити ово на следећи начин:

$$ Р_ {О_ {СС}} = \ фрац {В_А} {И_ {Ц_ {БИАС}}} $$

Додавање овог отпорника чини интуитиван смисао: рани ефекат нам говори да ће већи напон колектора и емитера резултирати већом колекторском струјом, а додавањем овог отпорника отварамо додатни струјни пут између колектора и емитора који је директно под утицајем помоћу напона колектора-емитер.

Закључак

На кратко смо покрили концепт одвајања великих сигнала услед понашања малих сигнала у контексту анализе појачавача и погледали смо две структуре кола (модел хибрид-π и Т модел) који одговарају функцији малих сигнала биполарни спојни транзистор. После брзог објашњења како да се ове моделе укључе у анализу кола БЈТ-а, разговарали смо о побољшаним верзијама које користе отпорник колектора и емитера за рачунање раног ефекта.