به نام خدا
آزمایشگاه الکترونیک 1
جلسه ی ششم (7/2/87)
بررسی بایاسینگ تقویت کننده ی امتیر مشترک :
تعاریف:
نقطه ی کار: نقطه ای از مشخصه ی ترانزیستور است که مختصات آن جریان و ولتاژ DC سرهای ترانزیستور را مشخص می کند. معمولا از جریان کلکتور و ولتاژ کلکتور- امیتر برای مشخص کردن نقطه ی کار به صورت: Q(ICQ,VCEQ) استفاده می شود.
مدار بایاس: مداری شامل منابع DC و مقاومت هاست که ولتاژ مورد نیاز نقطه ی کار را تامین می کند.
شرح آزمایش:
در مواردی که از ترانزیستور به عنوان یک تقویت کننده استفاده می شود، برای جلوگیری از اعوجاج باید بایاسینگ مدار به گونه ای باشد که ترانزیستور تحت بدترین شرایط سیگنال ورودی (ماکسیمم دامنه ی آن) باز هم از ناحیه ی فعال خارج نشود.
مدار زیر را در نظر بگیرید:
فرض کنیم نقطه کار در Ic=6mA و VCE=6V قرار دارد و VCC=12V می باشد.
به هنگام طراحی مدار برای تعیین RB ای که در آن نقطه ی کار وسط خط بار DC باشد از روند زیر استفاده میشود:
V_CC=R_C i_C+V_CE→12=i_C+V_CE
i_C=6mA→i_B=6/β=6/300=20uA
R_B=(V_CC-0.7)/i_B =(12-0.7)/20uA=857KΩ
و نزدیکترین مقاومت به این مقدار یعنی 560KΩ را در مدار قرار داده ایم.
به طور کلی خط بار DC برای ترانزیستور به صورت زیر رسم می شود:
برای مدارات زیر هم همین کار را می کنیم و مقاوت های بیس محاسبه می شوند:
شکلهای زیر به ترتیب یک مدار خود بایاس و یک مدار بایاس با فیدبک ولتاژ را نشان می دهند.
مدار خود بایاس (شکل پایین) متداول ترین روش بایاس ترانزیستور در حالت امیتر مشترک است.
در آن مدار مقاومت امیتر برای پایداری به کار می رود، اگر این مقاوت حذف گردد افزایش دما باعث کاهش VBE و افزایش ICBO می شود و خود این موضوع باعث افزایش جریان کلکتور شده و دوباره دما افزایش می یابد …
ولی در مدار بعدی (مدار با بایاس ثابت) نقطه کار به گونه ای طراحی شده که VCE تقریبا برابر با صفر و بالمال جریان کلکتور ماکسیمم باشد. (ترانزیستور در نایحه ی اشباع قرار گیرد)
V_CE=0 & i_C=11.84mA→R_B≈52kΩ
(مدار را خواهیم بست و صحت محاسباتمان را تحقیق خواهیم نمود)
مدار پنجم:
در این مدار برعکس مدار قبلی عمل شده، یعنی ولتاژ کلکتور امیتر را ماکسیمم کردیم ولی جریان را مینیمم: (در ناحیه قطع)
دستور کار:
در مداراتی که بررسی کردیم نقطه ی کار DC ترانزیستور را اندازه گیری نموده و یادداشت نمایید.
آیا نقاط کار بدست آمده بهترین نقطه ی کار می باشند یا خیر؟
مدارات را تحلیل DC نموده و به صورت تئوری نیز نقطه ی کار را محاسبه کنید. (β=300)
برای تقویت کنندگی کدام یک از مدارات بایاس را پیشنهاد می کنید؟ چرا؟
نتایج بدست آمده:
مدار اول:
V_CC=R_C i_C+V_CE→12=i_C+V_CE
i_C=6mA→i_B=6/β=6/300=20uA
R_B i_B+0.7=V_CC
R_B=(V_CC-0.7)/i_B =(12-0.7)/20uA=857KΩ
اندازه گیری های واقعی:
Ic=7.8mA & VCE=4.2V
مدار دوم:
(در این مدار می توان از جریان بیس نسبت به جریانی که مقاومت های بیس می کشند صرف نظر کرد ولی برای مشخص شدن این امر باز هم محاسبه انجام شده است)
i_C=6mA→i_B=6/β=6/300=20uA
V_B=220*6m+0.7=2.02V
مقاومت های بیس را به هرشکلی که این ولتاژ را فراهم کند می توان انتخاب نمود. (ولی مقاومت های بزرگتر با توجه به اینکه جریان کمتری می کشند ارجح هستند)
R_B2=10KΩ
i_B1≈i_B2≈(2.02-0)/(R_B1=10K)=2.02mA
R_B1=(12-2.02)/2.02m=49.4KΩ
اندازه گیری های واقعی:
Ic=5.4mA & VCE=5.31V
مدار سوم:
i_C=6mA→i_B=6/β=6/300=20uA
R_B=(V_CC-0.7)/i_B =(12-1k*6m-0.7)/20uA=265KΩ
اندازه گیری های واقعی:
Ic=6.67mA & VCE=5.31V
مدار چهارم:
i_C=11.84mA
→V_(CE(sat))=12-1k*11.84m=0.11
اندازه گیری های واقعی:
Ic=11.8mA & VCE=0.12V
مدار پنجم:
i_C=0→V_CE=12
اندازه گیری های واقعی:
Ic=0.1mA & VCE=12.03V
نقاط کار بدست آمده برای سه مدار اول نزدیک به بهترین نقطه ی کار مدار می باشند.
البته تعریف یک نقطه ی کار مناسب بستگی به سیگنال ورودی دارد، ولی به طور کلی و با توجه به اینکه فرض می کنیم سیگنال متقارن است همان وسط خط بار DC بودن ملاک است.
مدار چهارم در حالت اشباع قرار دارد و نمی تواند برای تقویت کنندگی استفاده شود. مدار پنجم نیز در حالت قطع است و باز هم برای تقویت کردن سیگنال کاربردی ندارد.
اصولا مداری که نقطه ی کار آن به وسط خط بار DC نزدیکتر باشد برای تقویت کنندگی مناسب تر است، که در اینجا مدار دوم چنین شرایطی را بهتر برآورده کرده است.