Elektronische schakelingen met versterkingsmogelijkheden kunnen efficiënter werken als de BJT een biasing ondergaat. In het algemeen houdt dit proces in dat een externe spanning op de aansluitklemmen wordt gezet om het toestel in de gewenste toestand te brengen. Veel circuitontwerpen zijn doorgaans voorzien van weerstanden om de juiste ingangsstroom en -spanning te verdelen. Verschillende BJT-biasingtechnieken zorgen voor specifieke eigenschappen, terwijl andere een thermische runaway voorkomen. Dit maakt ze zeer nuttig voor versterkingstoepassingen.
Dit artikel zal u wegwijs maken in de basisprincipes van BJT-biasing en in de implementaties van schakelingen. Laten we eens een kijkje nemen!
Wat is BJT-biasing?
Deze afbeelding toont een bipolaire junctie-transistor.
Bron: Wikimedia Commons
In het algemeen houdt biasing van transistors in dat een specifieke hoeveelheid spanning wordt toegepast op de basis- en emitterterterminals van een BJT, waardoor de efficiëntie en prestaties worden verbeterd. In dit geval stelt het proces een transistor in staat een AC-ingangssignaal in een transistorschakeling te versterken. Door de BJT te biasen, wordt de emitter-basisverbinding in een voorwaarts-biased toestand gebracht. Ondertussen zal het basis-collector snijpunt in een omgekeerd-biased toestand worden gebracht. Hij zal dus in het actieve gebied werken.
BJT-biasing zal steunen op weerstanden om het juiste spanningsniveau te verdelen.
Bron: Wikimedia Commons
Ook moet de collectorweerstand een rating hebben die toelaat dat de collector-emitterspanning hoger is dan 0,5V voor germaniumtransistors en 1V voor siliciumtransistors.
BJT Biasing-Beta BJT
Afbeelding die het stroomproces in een bipolaire junctie-transistor toont.
Bron: Wikimedia Commons
Bèta (β) verwijst naar de algemene gevoeligheid van het apparaat tussen de basisstroom en zijn collectorversterkingsniveau. Het kan ook de versterking van het apparaat aangeven. Bijvoorbeeld, de basisstroom van een transistor zal met 100 versterken als de β-waarde overeenkomt met die waarde. Natuurlijk wordt deze factor gegenereerd terwijl de bipolaire junctietransistor in de voorwaartse-actieve toestand werkt.
BJT Voorbindingsschakelingen
We hebben een paar voorbeelden opgenomen van BJT-biasschakelingen, die nuttig zijn voor versterkingsdoeleinden.
BJT Biasing-Vastu bias
Zoals u in het schakelschema kunt zien, is een basisweerstand (RB) verbonden met de VCC- en de basisklem. In dit geval zorgt een spanningsval over RB ervoor dat de basis-emitter junctie in een forward-biased toestand komt. De volgende formule bepaalt de waarde van RB.
Zowel VCC als VBE hebben een vaste waarde in de schakeling van het vaste bias-type. Ondertussen blijft RB constant. Dientengevolge zal IB ook een continue waarde hebben, hetgeen leidt tot een beperkt werkpunt. Dit bias type biedt dus een slechte thermische stabiliteit vanwege de β+1 stabiliteitsfactor.
Dit is te wijten aan de onvoorspelbaarheid van de β-parameter van de transistor. Deze kan ook sterk verschillen, vooral bij een vergelijkbaar model en transistortype. Het IC zal ook veranderen wanneer de β varieert. Daarom kan dit β-afhankelijke bias type operationeel punt veranderingen ondervinden als gevolg van de transistor eigenschap en temperatuur modificaties.
In het algemeen berust de vaste basis bias schakeling op een minimum aan componenten met een simplistisch ontwerp. Door de RB-waarde in de loop aan te passen, kunnen gebruikers het werkingspunt van het actieve gebied wijzigen. Bovendien heeft de bron geen belasting aangezien de base-emitter junctie geen weerstanden heeft. Dientengevolge heeft deze schakeling schakeltoepassingen.
De volgende vergelijkingen verwijzen naar de spanning en stroom voor deze schakeling:
BJT Biasing-Collector-basis bias
In deze collector-to-base bias-instelling voorzien twee weerstanden het actieve gebied van de transistor van DC bias, ondanks de waarde van β. Aangezien de DC-bias afkomstig is van de collectorspanning (VC), is de stabiliteit uitstekend.
In plaats van de voedingsspanning (VCC) wordt de basisvoorspanningsweerstand (RB) verbonden met de collector (C) van de transistor. Een toename van de collectorstroom zal tot gevolg hebben dat de collectorspanning afneemt. In feite vermindert de basisaandrijving, waardoor de collectorstroom afneemt. Dit zorgt ervoor dat het Q-punt van de transistor vast blijft. De collectorfeedback biasing-techniek genereert dus negatieve terugkoppeling rond de transistor. Dat gebeurt omdat RB directe input van de uitgang trekt en deze verdeelt over de ingangsklem.
Een spanningsval over de belastingsweerstand (RL) produceert de biasing spanning. Verhoging van de belastingsstroom zal dus resulteren in een aanzienlijke spanningsval over de belastingsweerstand. Ondertussen leidt dit tot een lagere collectorspanning. Daarna zal de basisstroom (IB) dalen, waardoor IC weer zijn oorspronkelijke waarde bereikt.
Een daling van de collectorstroom veroorzaakt een omgekeerde reactie. In dat geval is de biasing-benadering zelf-biasing. Over het geheel genomen biedt dit ontwerp uitstekende toepassingen voor vele versterkerprojecten.
De vergelijking van de collector-bias bias vindt u hieronder:
BJT Biasing-Vaste bias met emitterweerstand
Schakelschema met vaste bias en emitterweerstand.
Het schakelschema toont een vast bias-netwerk dat is verbonden met de emitter van de transistor met een externe weerstand (RE). De emitterstroom neemt toe als VBE constant blijft als de temperatuur stijgt. Maar een verhoogde emitterstroom (IE) veroorzaakt een verhoging van de emitterspanning (VE = IERE), wat leidt tot een spanningsverlaging over de basisweerstand (RB).
De onderstaande vergelijking bepaalt de spanning over de basisweerstand.
Ondertussen kunt u de basisstroom bepalen via onderstaande formule:
Hierdoor neemt de basisstroom af, wat resulteert in een verlaagde collectorstroom, aangezien IC overeenkomt met IB. De formule IC = α IE (α is gelijk aan 1) bepaalt de collector- en emitterstroom. Hierdoor wordt de temperatuurstijging van de emitterstroom tegengegaan, zodat een stabiel werkpunt wordt bereikt. Vervanging van de transistor door een ander type kan de IC-waarde veranderen. Door dezelfde techniek als hierboven te gebruiken, worden alle veranderingen teniet gedaan, zodat een constant werkpunt wordt gehandhaafd. Daarom biedt dit biasing netwerk een betere ondersteuning dan het netwerk met vaste basis bias.
In het algemeen maakt de schakeling gebruik van deze vergelijking:
Spanningsdeler bias of potentiaalverdeler
Schema van de spanningsdeler.
Zoals u kunt zien, zijn twee externe weerstanden, R1 en R2, in deze schakeling geïntegreerd om een spanningsdeler te creëren. Deze opstelling maakt het mogelijk dat de spanning die over R2 wordt gegenereerd, de emitterjunctie van de transistor in een voorwaartse bias-toestand zet. In totaal zal de stroom die door R2 loopt tienmaal zo hoog zijn als de benodigde basisstroom.
In het algemeen betekent dit type biasing dat variaties in VBE en β geen invloed zullen hebben op IC, wat op zijn beurt een maximale thermische stabiliteit oplevert. Een temperatuurstijging zal IC en IE doen oplopen. Dit resulteert in een hogere emitterspanning, resulterend in een lagere basis-emitterspanning. Vervolgens leidt dit tot een afname van de basisstroom (IB), waardoor IC terugkeert naar zijn begintoestand.
Ongeacht de verminderde versterkerversterking heeft deze biasing-schakeling populaire toepassingen vanwege de gemaximaliseerde stabiliteit.
De schakeling is gebaseerd op de onderstaande formule:
BJT Biasing-Emitter bias
Schakelschema dat een emitter bias ontwerp toont.
De schakeling, zoals hierboven afgebeeld, steunt op twee voedingsbronnen die bekend zijn als VCC en VEE om te kunnen werken. Deze hebben gelijke maar tegengestelde polariteiten. VEE zet de basis-emitter junctie in een forward-biased toestand. Ondertussen zet VCC de collector-basis kruising in een omgekeerde bias toestand.
Bovendien kan IC vertrouwen op RE >> RB/β en VEE >> VBE in plaats van op VBE en β. Dit levert een evenwichtig werkpunt op.
Samenvatting
Zoals u ziet, zorgt BJT-biasing ervoor dat de transistor correct werkt in een schakeling en een AC-signaal versterkt. Dit wordt bereikt door weerstanden te kiezen die het werkpunt van de transistor beïnvloeden. Bovendien wordt het collectorpunt in een omgekeerde bias-toestand gezet, terwijl de emitter-basis in een voorwaartse bias-toestand wordt gezet. Natuurlijk hangt het ontwerp van de schakeling volledig af van de beoogde toepassing en van wat u wilt bereiken.
Hebt u vragen over BJT biasing? Neem gerust contact met ons op!
