Polarização do divisor de tensão em circuitos BJT - mais estabilidade sem fator beta

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A polarização dos terminais de um transistor bipolar usando uma rede divisora ​​resistiva calculada para garantir um desempenho ideal e a resposta de comutação é chamada de polarização do divisor de tensão.

No designs de polarização anteriores que aprendemos a tendência atual I CQ e voltagem V CEQ foram uma função do ganho de corrente (β) do BJT.



Mas, como sabemos que β pode ser vulnerável a mudanças de temperatura, particularmente para transistores de silício, e também o verdadeiro valor de beta muitas vezes não é devidamente identificado, pode ser aconselhável desenvolver uma polarização do divisor de tensão no circuito BJT que pode ser menor sujeito a temperaturas ou, simplesmente, independente do próprio BJT beta.

configuração do divisor de tensão em BJT

O arranjo de polarização do divisor de tensão da Fig. 4.25 pode ser considerado um desses designs.



Quando examinado com um base exata a suscetibilidade a variações no beta parece realmente modesta. Se as variáveis ​​do circuito forem devidamente calculadas, os níveis de I CQ e V CEQ pode ser praticamente totalmente independente do beta.

Lembre-se das explicações anteriores de que um ponto-Q é caracterizado com um nível fixo de ICQ e VCEQ, conforme demonstrado na Fig. 4.26.

O grau de eu BQ pode mudar dependendo das variações no beta, mas o ponto operacional em torno das características identificadas por I CQ e V CEQ pode facilmente permanecer inalterado se as diretrizes de circuito apropriadas forem aplicadas.

Como mencionado acima, você encontrará algumas abordagens que podem ser empregadas para investigar a configuração do divisor de tensão.

O motivo da seleção de nomes específicos para este circuito ficará evidente durante nossa análise e será discutido em posts futuros.

O primeiro é o técnica exata que pode ser executado em qualquer configuração de divisor de tensão.

O segundo é chamado de método aproximado, e sua implementação torna-se viável quando determinados fatores são atendidos. O abordagem aproximada permite uma análise muito mais direta com o mínimo de esforço e tempo.

Além disso, isso pode ser muito útil para o 'modo de design', sobre o qual falaremos nas próximas seções.
No geral, desde o 'abordagem aproximada' poderia ser trabalhado com a maioria das condições e, portanto, deve ser avaliado com o mesmo nível de atenção que o 'método exato'.

Análise Exata

Vamos aprender como o método de análise exata pode ser implementado com a seguinte explicação

Referindo-se à figura a seguir, o lado de entrada da rede pode ser reproduzido conforme ilustrado na Fig. 4.27 para a análise dc.

O Equivalente Thévenin rede para o projeto no lado esquerdo da base BJT B, então, pode ser determinada da forma ilustrada abaixo:

Equivalente de Thévenin para rede divisora ​​de tensão BJT

RTh : Os pontos de alimentação de entrada são substituídos por um curto-circuito equivalente, conforme mostrado na Fig. 4.28 abaixo.



ETh: A fonte de tensão de alimentação V DC é aplicada de volta ao circuito, e a tensão de Thévenin de circuito aberto conforme aparece na Fig. 4.29 abaixo é avaliada como mostrado abaixo:

Implementando a regra do divisor de tensão, chegamos à seguinte equação:

Em seguida, ao recriar o design Thévenin conforme ilustrado na Fig.4.30, avaliamos I BQ aplicando primeiro a lei de tensão de Kirchhoff no sentido horário para o loop:

ETh - IBRTh - VBE - IERE = 0

Como sabemos IE = (β + 1) B Substituindo-o no loop acima e resolvendo para I B dá:

Equação. 4,30

À primeira vista, você pode sentir a Eq. (4.30) parece bastante diferente das outras equações que foram desenvolvidas até agora, no entanto, um olhar mais atento mostrará que o numerador é apenas uma diferença de dois níveis de volt, enquanto o denominador é o resultado da resistência de base + resistor de emissor, que é refletido de (β + 1) e é sem dúvida muito semelhante à Eq. (4.17) ( Loop do emissor de base )

Uma vez que o IB é calculado por meio da equação acima, o resto das magnitudes no projeto podem ser identificadas através do mesmo método que fizemos para a rede de polarização do emissor, conforme mostrado abaixo:

Equação (4.31)

Resolvendo um Exemplo Prático (4.7)
Calcule a tensão de polarização DC V ESTA e o atual eu C na rede divisora ​​de tensão mostrada abaixo Fig. 4.31

Figura 4.31 Circuito estabilizado com beta para o Exemplo 4.7.

Análise Aproximada

Na seção acima, aprendemos o 'método exato', aqui discutiremos o 'método aproximado' de análise do divisor de tensão de um circuito BJT.

Podemos desenhar o estágio de entrada de uma rede divisora ​​de tensão baseada em BJT, conforme mostrado na figura 4.32 abaixo.

A resistência Ri pode ser considerada como a resistência equivalente entre a linha de base e terra do circuito, e RE como o resistor entre o emissor e o terra.

De nossas discussões anteriores [Eq. (4.18)] sabemos que a resistência reproduzida ou refletida entre base / emissor do BJT é exposta pela equação Ri = (β + 1) RE.

Se considerarmos uma situação onde Ri é consideravelmente maior do que a resistência R2, resultará em IB relativamente menor do que I2 (lembre-se que a corrente sempre tenta encontrar e se mover na direção da resistência mínima) e, portanto, I2 se tornará aproximadamente igual a I1.

Considerando que o valor aproximado de IB é essencialmente zero em relação a I1 ou I2, então I1 = I2 e R1 e R2 podem ser considerados como elementos da série.

Figura 4.32 Circuito de polarização parcial para calcular a tensão de base aproximada V B .

A tensão em R2, que originalmente seria a tensão de base, pode ser avaliada conforme mostrado abaixo, aplicando a rede de regra do divisor de tensão:

Agora desde Ri = (β + 1) RE ≅ b RÉ, a condição que confirma se a execução do método aproximado é viável ou não é decidida pela equação:

Simplificando, se o valor RE vezes o valor de β, não for inferior a 10 vezes o valor de R2, então pode ser permitido implementar a análise aproximada com precisão ótima

Depois que o VB é avaliado, a magnitude do VE pode ser determinada pela equação:

enquanto a corrente do emissor pode ser calculada aplicando a fórmula:


A voltagem do coletor ao emissor pode ser identificada usando a seguinte fórmula:

VCE = VCC - ICRC - IERE

Porém desde IE ≅ IC, chegamos à seguinte equação:

Deve-se notar que na série de cálculos que fizemos da Eq. (4.33) por meio da Eq. (4.37) ,, o elemento β não está presente em lugar nenhum e o IB não foi calculado.

Isso implica que o ponto Q (conforme estabelecido por I CQ e V CEQ ) como resultado, não é dependente do valor de β
Exemplo prático (4.8):

Vamos aplicar a análise em nosso Figura 4.31 , usando uma abordagem aproximada e compare as soluções para ICQ e VCEQ.

Aqui observamos que o nível de VB é idêntico ao de ETh, conforme avaliado em nosso exemplo anterior 4.7. Isso significa basicamente que a diferença entre a análise aproximada e a análise exata é influenciada pelo RTh, que é responsável por separar ETh e VB na análise exata.

Avançar,

Próximo Exemplo 4.9

Vamos realizar a análise exata do Exemplo 4.7 se β for reduzido para 70 e descobrir a diferença entre as soluções para ICQ e VCEQ.

Solução
Este exemplo não pode ser tomado como uma comparação entre estratégias exatas versus aproximadas, mas apenas para testar o grau em que o ponto Q pode se mover no caso de a magnitude de β ser reduzida em 50%. RTh e ETh são dados da mesma forma:

Organizar os resultados em uma forma tabular nos dá o seguinte:


A partir da tabela acima, podemos perceber claramente que o circuito é relativamente insensível à mudança nos níveis de β. Apesar de a magnitude de β ter sido reduzida significativamente em 50%, passando do valor de 140 para 70, embora os valores de ICQ e VCEQ sejam basicamente os mesmos.

Próximo Exemplo 4.10

Avalie os níveis de I CQ e V CEQ para a rede divisora ​​de tensão, conforme mostrado na Fig. 4.33, aplicando o exato e aproximado abordagens e comparar as soluções resultantes.

Avalie os níveis de ICQ e VCEQ para a rede divisora ​​de tensão

No cenário atual, as condições fornecidas na Eq. (4.33) pode não ser satisfeita, porém as respostas podem nos ajudar a identificar a diferença na solução com as condições da Eq. (4.33) não sendo levado em consideração.
Figura 4.33 Divisor de tensão rede para o Exemplo 4.10.

Solução de divisor de tensão usando análise exata

Resolvendo usando análise exata:

Resolvendo usando análise aproximada:


A partir das avaliações acima, podemos ver a diferença entre os resultados obtidos com os métodos exatos e aproximados.

Os resultados revelam que eu CQ é cerca de 30% maior para o método aproximado, enquanto V CEQ é 10% menor. Embora os resultados não sejam totalmente idênticos, considerando o fato de que βRE é apenas 3 vezes maior que R2, os resultados também não estão muito separados.

Disse que, para nossa análise futura, estaremos contando predominantemente com a Eq. (4.33) para garantir a máxima similaridade entre as duas análises.




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