การให้น้ำหนัก BJT: ทุกสิ่งที่คุณต้องรู้

การให้น้ำหนัก BJT-วงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่มีความสามารถในการขยายสามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นหาก BJT ผ่านการให้น้ำหนัก โดยทั่วไป กระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับการใช้แรงดันไฟฟ้าภายนอกกับขั้วที่เปลี่ยนอุปกรณ์เป็นสถานะที่ต้องการ การออกแบบวงจรจำนวนมากมักมีตัวต้านทานเพื่อกระจายระดับกระแสไฟเข้าและแรงดันไฟเข้าที่ถูกต้อง เทคนิคการให้น้ำหนักของ BJT ที่แตกต่างกันนั้นให้ลักษณะเฉพาะ ในขณะที่วิธีอื่นๆ จะป้องกันการหนีจากความร้อน ผลที่ตามมานี้ทำให้พวกเขามีประโยชน์มากสำหรับแอปพลิเคชันการขยายเสียง

บทความนี้จะแนะนำคุณเกี่ยวกับพื้นฐานการให้น้ำหนักของ BJT และการใช้งานวงจร มาดูกันเลย!

การให้น้ำหนัก BJT คืออะไร? 

ภาพนี้แสดงทรานซิสเตอร์สองขั้วทางแยก

ที่มา: Wikimedia Commons

โดยทั่วไป การให้น้ำหนักของทรานซิสเตอร์เกี่ยวข้องกับการใช้แรงดันไฟฟ้าจำนวนหนึ่งกับขั้วฐานและขั้วอีซีแอลของ BJT เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพและประสิทธิภาพ ในกรณีนี้ กระบวนการนี้ทำให้ทรานซิสเตอร์สามารถขยายสัญญาณอินพุต AC ในวงจรทรานซิสเตอร์ได้ ดังนั้นการให้น้ำหนักกับ BJT จะตั้งค่าชุมทางอีซีแอล-เบสในสถานะลำเอียงไปข้างหน้า ในขณะเดียวกัน ทางแยกตัวรวบรวมฐานจะกำหนดค่าให้เป็นสถานะเอนเอียงแบบย้อนกลับ ดังนั้นจึงจะดำเนินการในพื้นที่ที่ใช้งานอยู่

การให้น้ำหนัก BJT จะใช้ตัวต้านทานเพื่อกระจายระดับแรงดันไฟฟ้าที่ถูกต้อง

ที่มา: Wikimedia Commons

นอกจากนี้ ตัวต้านทานตัวสะสมควรมีพิกัดที่ช่วยให้แรงดันสะสม-อิมิตเตอร์เกิน 0.5V สำหรับทรานซิสเตอร์เจอร์เมเนียมและ 1V สำหรับทรานซิสเตอร์ซิลิคอน

เบต้า BJT 

รูปภาพแสดงกระบวนการไหลปัจจุบันในทรานซิสเตอร์แบบแยกขั้วแบบไบโพลาร์

ที่มา: Wikimedia Commons

เบต้า (β) หมายถึงความไวโดยรวมของอุปกรณ์ระหว่างกระแสฐานและระดับการขยายของตัวรวบรวม นอกจากนี้ยังสามารถระบุกำไรของอุปกรณ์ได้อีกด้วย ตัวอย่างเช่น กระแสฐานของทรานซิสเตอร์จะขยายขึ้น 100 ถ้าค่า β ตรงกับค่านั้น แน่นอน ปัจจัยนี้สร้างขึ้นในขณะที่ทรานซิสเตอร์ทางแยกสองขั้วทำงานในสถานะแอ็คทีฟไปข้างหน้า 

BJT Biasing Circuits 

เราได้รวมตัวอย่างบางส่วนของวงจรการให้น้ำหนัก BJT ซึ่งมีประโยชน์สำหรับวัตถุประสงค์ในการขยายสัญญาณ 

อคติคงที่

ดังที่คุณเห็นในแผนภาพวงจร ตัวต้านทานฐาน (RB) เชื่อมต่อกับ VCC และขั้วฐาน ในกรณีนี้ แรงดันตกคร่อม RB จะทำให้ชุมทางเบส-อิมิตเตอร์ตั้งค่าเป็นสถานะลำเอียงไปข้างหน้า สูตรต่อไปนี้กำหนดมูลค่าของ IB

ทั้ง VCC และ VBE มีค่าคงที่ในวงจรประเภทไบแอสคงที่ ในขณะเดียวกัน RB ยังคงไม่เปลี่ยนแปลง เป็นผลให้ IB จะมีค่าต่อเนื่อง นำไปสู่จุดปฏิบัติการที่จำกัด ดังนั้นประเภทอคตินี้จึงมีความคงตัวทางความร้อนต่ำเนื่องจากปัจจัยความเสถียร β+1

สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากความไม่แน่นอนของพารามิเตอร์βของทรานซิสเตอร์ นอกจากนี้ยังสามารถแตกต่างกันอย่างมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับรุ่นและประเภททรานซิสเตอร์ที่คล้ายกัน ไอซีจะเปลี่ยนแปลงเช่นกันเมื่อ β แตกต่างกัน ดังนั้นประเภทอคติที่ขึ้นกับ β นี้อาจประสบกับการเปลี่ยนแปลงจุดปฏิบัติการอันเนื่องมาจากคุณลักษณะของทรานซิสเตอร์และการปรับเปลี่ยนอุณหภูมิ

โดยรวมแล้ว วงจรอคติฐานคงที่อาศัยส่วนประกอบน้อยที่สุดด้วยการออกแบบที่เรียบง่าย โดยการปรับค่า RB ในหลักสูตร ผู้ใช้สามารถเปลี่ยนจุดปฏิบัติการของภูมิภาคที่ใช้งานอยู่ได้ นอกจากนี้ แหล่งสัญญาณไม่มีโหลดเนื่องจากจุดเชื่อมต่อเบส-อิมิตเตอร์ไม่มีตัวต้านทาน ส่งผลให้วงจรนี้มีแอพพลิเคชั่นสวิตชิ่ง

สมการต่อไปนี้อ้างอิงแรงดันและกระแสสำหรับวงจรนี้:

อคติสะสมถึงฐาน

ในการตั้งค่าอคติแบบสะสมถึงฐานนี้ ตัวต้านทานสองตัวจะจ่ายพื้นที่แอคทีฟของทรานซิสเตอร์ด้วย DC bias แม้จะมีค่าของ β เนื่องจาก DC bias มาจากแรงดันสะสม (VC) จึงมั่นใจได้ถึงความเสถียรที่ยอดเยี่ยม

แทนที่จะเป็นรางจ่ายแรงดันไฟ (VCC) ตัวต้านทานไบแอสฐาน (RB) จะเชื่อมต่อกับตัวสะสมของทรานซิสเตอร์ (C) การเพิ่มขึ้นของกระแสสะสมจะทำให้แรงดันสะสมลดลง ผลที่ตามมาคือไดรฟ์ฐานลดลงทำให้กระแสสะสมลดลง เพื่อให้แน่ใจว่าจุด Q ของทรานซิสเตอร์คงที่ ดังนั้นเทคนิคการให้น้ำหนักป้อนกลับของตัวสะสมจะสร้างการตอบรับเชิงลบรอบ ๆ ทรานซิสเตอร์ ที่เกิดขึ้นเนื่องจาก RB ดึงอินพุตโดยตรงจากเอาต์พุต กระจายไปยังเทอร์มินัลอินพุต

แรงดันตกคร่อมตัวต้านทานโหลด (RL) ทำให้เกิดแรงดันไบอัส ดังนั้นการเพิ่มกระแสโหลดจะส่งผลให้แรงดันตกคร่อมตัวต้านทานโหลด ในขณะเดียวกันก็นำไปสู่แรงดันสะสมที่ลดลง หลังจากนั้น กระแสฐาน (IB) จะลดลง ทำให้ IC กลับเป็นค่าเดิม

การปล่อยกระแสสะสมทำให้เกิดปฏิกิริยาย้อนกลับ ในกรณีนั้น วิธีการให้น้ำหนักนี้หมายถึงการลำเอียงในตนเอง โดยรวมแล้ว การออกแบบนี้มีการใช้งานที่ยอดเยี่ยมสำหรับโปรเจ็กต์แอมพลิฟายเออร์จำนวนมาก

คุณสามารถหาสมการวงจรสำหรับอคติสะสมต่อเบสด้านล่าง:

อคติคงที่พร้อมตัวต้านทานอีซีแอล

แก้ไขอคติด้วยแผนภาพวงจรตัวต้านทานอีซีแอล

แผนภาพวงจรแสดงเครือข่ายอคติคงที่ที่เชื่อมต่อกับอีซีแอลของทรานซิสเตอร์ด้วยตัวต้านทานภายนอก (RE) กระแสอีซีแอลจะเพิ่มขึ้นหาก VBE คงที่เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น แต่กระแสอีมิตเตอร์ที่เพิ่มขึ้น (IE) ทำให้เกิดแรงดันอิมิตเตอร์เพิ่มขึ้น (VE = IERE) ซึ่งนำไปสู่การลดแรงดันไฟฟ้าทั่วทั้งตัวต้านทานพื้นฐาน (RB)

สมการด้านล่างกำหนดแรงดันไฟฟ้าข้ามตัวต้านทานฐาน 

ในขณะเดียวกัน คุณสามารถกำหนดกระแสฐานโดยใช้สูตรด้านล่าง:

สิ่งนี้จะลดกระแสฐาน ส่งผลให้กระแสสะสมลดลงเนื่องจาก IC ตรงกับ IB สูตร IC = α IE (α เท่ากับ 1) กำหนดตัวสะสมและตัวปล่อยกระแส เป็นผลให้สิ่งนี้ตอบโต้การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิปัจจุบันของตัวปล่อย ซึ่งทำให้มั่นใจถึงจุดการทำงานที่มั่นคง การเปลี่ยนทรานซิสเตอร์เป็นชนิดอื่นอาจทำให้ค่า IC เปลี่ยนไป การใช้เทคนิคเดียวกับข้างต้นจะทำให้การเปลี่ยนแปลงเป็นโมฆะ ทำให้จุดปฏิบัติการคงอยู่ตลอดไป ดังนั้น เครือข่ายการให้น้ำหนักนี้จึงให้การสนับสนุนที่ดีขึ้นผ่านเครือข่ายการให้น้ำหนักพื้นฐานแบบคงที่

โดยรวมแล้ววงจรใช้สมการนี้:

การให้น้ำหนัก BJT-อคติตัวแบ่งแรงดันหรือตัวแบ่งศักย์

แผนภาพวงจรแบ่งแรงดัน

อย่างที่คุณเห็น ตัวต้านทานภายนอกสองตัว R1 และ R2 รวมเข้ากับวงจรนี้เพื่อสร้างตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้า การตั้งค่านี้ช่วยให้แรงดันไฟฟ้าที่สร้างขึ้นทั่วทั้ง R2 เพื่อตั้งค่าชุมทางอีซีแอลของทรานซิสเตอร์ให้เป็นสถานะอคติไปข้างหน้า โดยรวมแล้วกระแสที่ไหลผ่าน R2 จะสูงกว่ากระแสฐานที่จำเป็นสิบเท่า

โดยทั่วไป ประเภทการให้น้ำหนักนี้หมายความว่าการแปรผันที่เกิดขึ้นใน VBE และ β จะไม่ส่งผลกระทบต่อ IC ซึ่งในทางกลับกัน ให้ความเสถียรทางความร้อนสูงสุด อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นจะทำให้ IC และ IE เพิ่มขึ้น ส่งผลให้แรงดันไฟอีซีแอลสูงขึ้น ส่งผลให้แรงดันเบส-อิมิตเตอร์ต่ำลง หลังจากนั้น สิ่งนี้นำไปสู่การลดกระแสฐาน (IB) ทำให้ IC กลับสู่สถานะเริ่มต้น

วงจรการให้น้ำหนักนี้มีการใช้งานที่ได้รับความนิยมเนื่องจากความเสถียรสูงสุดโดยไม่คำนึงถึงอัตราขยายของแอมพลิฟายเออร์ที่ลดลง

วงจรขึ้นอยู่กับสูตรด้านล่าง:

การให้น้ำหนัก BJT-อิมิตเตอร์อคติ

แผนภาพวงจรแสดงการออกแบบอคติอีซีแอล 

วงจรดังที่แสดงไว้ข้างต้นนั้นอาศัยแหล่งจ่ายไฟสองแหล่งที่เรียกว่า VCC และ VEE เพื่อทำงาน คุณลักษณะเหล่านี้จับคู่กันแต่ขั้วตรงข้าม VEE ตั้งค่าชุมทางเบส-อิมิตเตอร์เป็นสถานะลำเอียงไปข้างหน้า ในขณะเดียวกัน VCC จะสร้างจุดตัดระหว่างฐานสะสมเป็นสถานะอคติแบบย้อนกลับ 

นอกจากนี้ IC สามารถพึ่งพา re >> rb/βและ vee >> vbe มากกว่า vbe และβ การทำเช่นนี้เป็นจุดปฏิบัติการที่สมดุล 

สรุป

 อย่างที่คุณเห็นการให้น้ำหนัก BJT ทำให้มั่นใจได้ว่าทรานซิสเตอร์จะทำงานอย่างถูกต้องในวงจรโดยให้การขยายสัญญาณ AC มันประสบความสำเร็จโดยการเลือกตัวต้านทานที่มีผลต่อจุดปฏิบัติการของทรานซิสเตอร์ นอกจากนี้จุดเชื่อมต่อตัวสะสมจะตั้งค่าเป็นสถานะอคติย้อนกลับในขณะที่ตัวส่งสัญญาณตั้งค่าเป็นสถานะอคติไปข้างหน้า แน่นอนว่าการออกแบบวงจรจะขึ้นอยู่กับแอปพลิเคชันที่ตั้งใจไว้และสิ่งที่คุณต้องการบรรลุ  

คุณมีคำถามเกี่ยวกับการให้น้ำหนัก BJT หรือไม่? อย่าลังเลที่จะติดต่อเรา!