BJT回路の分圧器バイアス–ベータ係数なしでより安定性

最適な性能とスイッチング応答を確保するために計算された抵抗分割器ネットワークを使用してバイポーラトランジスタの端子にバイアスをかけることを、分圧器バイアスと呼びます。

の中に 以前のバイアス設計 バイアス電流を学んだことI CQ と電圧V CEQ BJTの電流ゲイン（β）の関数でした。

ただし、βは特にシリコントランジスタの場合、温度変化に対して脆弱である可能性があり、ベータの真の値が適切に識別されないことが多いため、BJT回路で分圧器バイアスを開発することをお勧めします。温度になりやすい、または単にBJTベータ自体とは無関係です。

図4.25の分圧器バイアス配置は、これらの設計の1つと見なすことができます。

で調べたとき 正確な根拠 ベータ版のバリエーションに対する感受性は本当に控えめに見えます。回路変数が適切に計算されている場合、Iのレベル CQ およびV CEQ 実質的に完全にベータから独立している可能性があります。

以前の説明から、図4.26に示すように、Qポイントは固定レベルのICQとVCEQで特徴付けられることを思い出してください。

私の程度 BQ ベータのバリエーションに応じて変化する可能性がありますが、Iによって識別された特性の周りの動作点 CQ およびV CEQ 適切な回路ガイドラインが適用されていれば、簡単に変更できません。

上記のように、分圧器のセットアップを調査するために使用できるいくつかのアプローチがあります。

この回路に特定の名前を選択した理由は、分析中に明らかになり、今後の投稿で説明します。

一番最初のものは 正確なテクニック これは、任意の分圧器のセットアップで実行できます。

2番目のものはと呼ばれます 近似法、 そして、その実装は、特定の要素が満たされると実現可能になります。ザ・ おおよそのアプローチ 最小限の労力と時間ではるかに直接的な分析を可能にします。

さらに、これは、後のセクションで説明する「デザインモード」に非常に役立ちます。
全体として、 「おおよそのアプローチ」 ほとんどの条件で動作する可能性があるため、と同じレベルの注意を払って評価する必要があります。 「正確な方法」。

正確な分析

の方法を学びましょう 正確な分析 次の説明で実装できます

次の図を参照すると、ネットワークの入力側は、DC分析のために図4.27に示すように再現できます。

ザ・ テブナン相当 次に、BJTベースBの左側にある設計のネットワークは、次のように決定できます。

RTh ： 以下の図4.28に示すように、入力電源ポイントは同等の短絡に置き換えられます。

ETh： 供給電圧源V DC を回路に戻し、下の図4.29に示すような開回路のテブナン電圧を次のように評価します。

分圧器ルールを実装すると、次の式になります。

次に、図4.30に示すようにテブナンの設計を再現することにより、Iを評価します。 BQ 最初に、ループの時計回りにキルヒホッフの電圧法則を適用します。

ETh-IBRTh-VBE-IERE = 0

みなさんご存じのとおり IE =（β+ 1） B 上記のループに代入して、Iを解きます B 与える：

方程式。 4.30

一見すると、式を感じるかもしれません。 （4.30）はこれまでに開発された他の方程式とはかなり異なって見えますが、よく見ると、分子は2つのボルトレベルの差にすぎず、分母はベース抵抗+エミッタ抵抗の結果であり、これは反映されます。沿って （β+ 1） そして間違いなく式に非常に似ています。 （4.17）（ ベースエミッタループ ）

上記の式でIBが計算されると、以下に示すように、設計の残りの大きさは、エミッタバイアスネットワークで行ったのと同じ方法で識別できます。

式（4.31）

実例を解く（4.7）
DCバイアス電圧Vを計算します この そして現在の私 C 以下に示す分圧器ネットワーク 図4.31

図4.31例4.7のベータ安定化回路。

近似分析

上記のセクションでは、「正確な方法」を学びました。ここでは、BJT回路の分圧器を分析する「近似方法」について説明します。

下の図4.32に​​示すように、BJTベースの分圧器ネットワークの入力段を描くことができます。

抵抗Riは回路のベースラインとグランドライン間の等価抵抗と見なすことができ、REはエミッタとグランド間の抵抗と見なすことができます。

以前の議論から[Eq。 （4.18）] BJTのベース/エミッタ間で再現または反射された抵抗は、次の式で表されることがわかっています。 Ri =（β+ 1）RE。

Riが抵抗R2よりもかなり大きい状況を考えると、IBはI2よりも比較的小さくなります（電流は常に最小抵抗の方向を見つけて移動しようとすることを忘れないでください）。したがって、I2はI1とほぼ等しくなります。

IBの近似値がI1またはI2に関して本質的にゼロであると考えると、I1 = I2、R1、およびR2は直列要素と見なすことができます。

図4.32おおよそのベース電圧Vを計算するための部分バイアス回路 B 。

元々ベース電圧であったR2の両端の電圧は、分圧器ルールネットワークを適用することにより、以下に示すように評価できます。

今から Ri =（β+ 1）RE≅ b RE、 近似法の実行が可能かどうかを確認する条件は、次の式で決まります。

簡単に言えば、REの値にβの値を掛けた値がR2の値の10倍以上であれば、最適な精度で近似分析を実行できます。

VBが評価された後、VEの大きさは次の式で決定できます。

一方、エミッタ電流は次の式を適用して計算できます。

コレクタからエミッタへの電圧は、次の式を使用して識別できます。

VCE = VCC-ICRC-IERE

しかし以来 IE≅IC、 次の方程式に到達します。

式から行った一連の計算では、 （4.33）から式（4.37）、、要素βはどこにも存在せず、IBは計算されていません。

これは、Qポイント（Iによって確立されたもの）を意味します CQ およびV CEQ ）結果として、βの値に依存しません
実例（4.8）：

以前の分析を適用してみましょう 図4.31 、近似アプローチを使用して、ICQとVCEQのソリューションを比較します。

ここでは、前の例4.7で評価したように、VBのレベルがEThのレベルと同じであることがわかります。つまり、基本的には、近似分析と正確な分析の違いは、正確な分析でEThとVBを分離する役割を担うRThの影響を受けます。

先に進む、

次の例4.9

βが70に減少した場合の例4.7の正確な分析を実行し、ICQとVCEQのソリューションの違いを見つけましょう。

解決
この例は、正確な戦略と近似的な戦略の比較としてではなく、βの大きさが50％減少した場合にQポイントが移動する可能性のある程度をテストするためだけのものです。 RThとEThは同じものとして与えられます：

結果を表形式で整理すると、次のようになります。

上記の表から、回路がβレベルの変化に比較的反応しないことがはっきりとわかります。 ICQとVCEQの値は基本的に同じですが、βの大きさが140から70の値から50％大幅に減少したという事実にもかかわらず。

次の例4.10

Iのレベルを評価する CQ およびV CEQ 図4.33に示す分圧器ネットワークの場合、 正確 そして 近似 アプローチし、結果のソリューションを比較します。

現在のシナリオでは、式で与えられる条件。 （4.33）は満たされないかもしれませんが、答えは、式（4.33）の条件との解の違いを特定するのに役立つかもしれません。 （4.33）考慮されていない。
図4.33分圧器 例4.10のネットワーク。

正確な分析を使用した解決：

近似分析を使用した解決：


上記の評価から、正確な方法と近似的な方法で得られた結果の違いを確認できます。

結果は私が CQ 近似法では約30％高くなりますが、V CEQ 10％低くなります。結果は完全に同一ではありませんが、βREがR2のわずか3倍であるという事実を考慮すると、結果も実際にはそれほど広くはありません。

とは言っても、将来の分析では、主に式（1）に依存します。 （4.33）2つの分析間の最大の類似性を確保するため。