26
บทที9 การไบอัสทรานซิสเตอร์กระแสตรง (DC Biasing BIPOLAR JUNCTION TRANSISTORS )

Ch9 การไบอัสทรานซิสเตอร์แบบคงที่(fixed Bias)

Embed Size (px)

Citation preview

บทท 9 การไบอสทรานซสเตอรกระแสตรง(DC Biasing BIPOLAR JUNCTION TRANSISTORS )

การไบอสทรานซสเตอร

การไบอส (Biasing) หมายถง การก าหนดคาแรงดนและกระแสทางไฟฟากระแสตรงใหกบอปกรณทางอเลกทรอนกสเพอใหท างานตามตองการ

จากคณสมบตของทรานซสเตอรทท า มาจากสารเจอรมนเนยม มคาแรงดนตกครอม VBE = 0.3 Vและท ามาจากสารซลกอนมคา VBE = 0.7 V(ท 25 องศาเซลเซยส)

เมอทรานซสเตอรท างานทอณหภมทตางจากอณหภมหองกจะท าใหคาของ VBE

และคา hFE หรอ 𝜷

ผลของอณหภมทมผลตอ แรงดน VBE

ผลของอณหภมทมผลตอคา hFE

จดท ำงำน Operating Point

The DC input establishes an operating or quiescent point called the Q-point.

The Three Operating Regions

Active or Linear Region Operation

• Base–Emitter junction is forward biased

• Base–Collector junction is reverse biased

Cutoff Region Operation

• Base–Emitter junction is reverse biased

Saturation Region Operation

• Base–Emitter junction is forward biased

• Base–Collector junction is forward biased

DC Biasing Circuits

วงจรไบอสแบบคงทและการพจารณาลป C-E

(Fixed-bias circuit & Collector-emitter loop)

วงจรไบอสแบบสเตบไลซและวงจรไบอสแบบแบงแรงดนไฟฟา(Emitter-stabilized bias circuit & Voltage divider bias circuit)

การไบอสแบบแรงดนปอนกลบ(DC bias with voltage feedback)

Fixed Bias

)0(2

1

2

1

CfCXC

Capacitor is open-circuit for dc analysis.

วงจรไบอสแบบคงท

ความตานทาน RB เปนความตานทานทก าหนดคากระแส IB โดยม แรงดนVCC จายไบอสตรงใหกบขา B เทยบกบขา E เมอกระแส IB ไหลจะท าใหกระแส IC ไหลดวย ทรานซสเตอรเมอน ากระแสจะเกดความรอน ท าใหความตานทานรอยตอระหวางขา C และขา E ลดลงกระแส IC

จะไหลมากขน ซงถายงจาย BE V เทาเดม กระแส B I จะไหลมากขน นนหมายถงไบอสทจายใหขา B ของทรานซสเตอรมากเกนไป RB ซงถกก าหนดไบอสใหขา B ไมสามารถเปลยนแปลงได ท าใหไบอสถกจายใหขา B ของทรานซสเตอรมากขนตลอดเวลา กระแส IC กจะไหลมากขนตลอดเวลาทรานซสเตอรจะรอนมากขนทกขณะจนช ารดเสยหายได

นอกจากนI CBO ยงมความไวตออณหภมสง เชน ทรานซสเตอรทท าจากเยอรมนเนยม คา I CBO จะเพมขนประมาณหนงเทาตวทก ๆ อณหภม 10 องศาเซลเซยส ทเพมขนสงกวาอณหภมหอง เปนผลใหคาของกระแส IC มคาสงขนตามไปดวยขอด : ใชอปกรณนอยขอเสย : ไมคงทตออณหภม ไมสามารถน าไปใชงานแบบตอเนองไดสามารถแบงออกไดเปน 2 วงจร คอวงจรการไบอสทางอนพต และ เอาตพต

The Base-Emitter Loop

From Kirchhoff’s voltage law:

Solving for base current:

+VCC – IBRB – VBE = 0

B

BECCB

R

VVI

วงจรการไบอสทางอนพต

Collector-Emitter Loop

Collector current:

From Kirchhoff’s voltage law:

BC II

CCCCCE RIVV

วงจรการไบอสทางเอาตพต

Example 9.1

Determine

240k

2.2k

= +12V

,

, , ,

Q Q

Q

B C

CE B C BC

I I

V V V V

Q

CC BEB

B

V VI

R

-= 50

Ak

V08.47

240

)7.012(

mAA

IIQQ BC

35.2)08.47)(50(

Example9.1

Determine

240k

2.2k

= +12V

,

, , ,

Q Q

Q

B C

CE B C BC

I I

V V V V

QCE CC C CV V I R= -

0.7VB BEV V= =

= 50

6.83VC CEV V= =

BC B CV V V= - 0.7V 6.83V= 6.13V= - -

What does it mean for CBJ?

VkmAV 83.6)2.2)(35.2(12

Transistor saturation

When the transistor is operating in

saturation, current through the

transistor is at its maximum possible value where VCE is approximately zero.

For a fixed-bias structure

Consider Collector-Emitter Loop equation

0CE C C CCV I R V+ - =

sat

CCC

C

VI

R=

= 0

Transistor cutoff

When the transistor is operating in cutoff,

current through the transistor is zero

(IC is approximately zero).

For a fixed-bias structure

Consider the Collector-Emitter Loop equation

0CE C C CCV I R V+ - =

cutoffCE CCV V=

= 0

Load Line Analysis

ICsat

IC = VCC / RC

VCE = 0 V

VCEcutoff

VCE = VCC

IC = 0 mA

The Q-point is the operating point where the value of RB sets the

value of IB that controls the values of VCE and IC .

The load line end points are:

Example9.2

Determine

240k

2.2k

= +12V

sat cutoff,C CEI V

= 50

cutoff12VCE CCV V= =

mAk

V

R

VI

C

CCCsat

45.52.2

12

Load-Line Analysis

The load-line is the possible Q-point in active region of the circuit.

The end points of the load-line are

sat 0VCEC VI =

cutoff 0ACCE IV =

sat 0VCE

CCC V

C

VI

R= =

cutoff 0ACCE I CCV V= =

Fixed-bias structure

The Effect of VCC on the Q-Point

The Effect of RC on the Q-Point

The Effect of IB on the Q-Point

Example 9.3

From the given load line and Q-point,

determine Vcc, Rc and RB

sat 0V 10mACE

CCC V

C

VI

R= = =

cutoff 0A 20VCCE I CCV V= = =

CC BEB

B

V VI

R

-=

kmA

VRC 2

10

20

kA

VV

I

VVR

B

BECCB

77225

7.020

Homework

Determine IC, VCC, , RB

Quiz

Determine

IBQ, ICQ, VCEQ , VC , VB , and VE

May the FORCE be with you

Company Logowww.themegallery.com

( )16 0.7 15.332.55

470 470Q

CC BEB

B

V V V VI A

R k km

- -= = = =

W W

( )90 32.55 2.93Q QC BI I A mAb m= = =

( )( )16 2.93 2.7 8.09Q QCE CC C CV V I R V mA k V= - = - W =

8.09QC CEV V V= =

0.7B BEV V V= =

0EV V=

Homework

Determine IC, VCC, , RB

4 20 3.98C E BI I I mA A mAm= - = - =

( )( )7.2 3.98 2.2 15.96

CC CE C CV V I R

V mA k V

= +

= + W =

3.98199 200

20

C

B

I mA

I Ab

m= = = @

( )

20

15.96 0.7763

20

BR CC BEB

B

V V VR

I A

Vk

A

m

m

-= =

-= = W