BJT バイアス:知っておくべきことすべて

増幅機能を備えた電子回路は、BJT にバイアスがかかると、より効率的に実行できます。一般に、このプロセスには、デバイスを目的の状態に切り替える端子に外部電圧を印加することが含まれます。多くの回路設計では、通常、正しい入力電流と電圧レベルを分配するための抵抗が特徴です。さまざまな BJT バイアス技術によって特定の特性が提供されますが、熱暴走を防止するものもあります。実際、これは増幅アプリケーションに非常に役立ちます。

この記事では、BJT バイアスの基本と回路の実装について説明します。それでは見てみましょう!

BJT バイアスとは?

この画像は、バイポーラ接合トランジスタを示しています。

出典:ウィキメディア コモンズ

一般的に言えば、トランジスタのバイアスには、BJT のベース端子とエミッタ端子に特定の量の電圧を印加することが含まれ、その効率と性能が向上します。この場合、プロセスは、トランジスタがトランジスタ回路においてＡＣ入力信号を増幅することを可能にする。そのため、BJT にバイアスをかけると、エミッタ - ベース接合が順方向バイアス状態に設定されます。その間、ベースとコレクターの交差点は逆バイアス状態に設定されます。したがって、アクティブ領域で動作します。

BJT バイアスは抵抗に依存して正しい電圧レベルを分配します。

出典:ウィキメディア コモンズ

また、コレクタ抵抗は、コレクタ - エミッタ間電圧がゲルマニウム トランジスタの場合は 0.5V、シリコン トランジスタの場合は 1V を超えることができる定格を持つ必要があります。

ベータ BJT

バイポーラ接合トランジスタの電流フロー プロセスを示す画像。

出典:ウィキメディア コモンズ

ベータ (β) は、ベース電流とそのコレクタ増幅レベルの間のデバイスの全体的な感度を指します。デバイスのゲインも識別できます。たとえば、トランジスタのベース電流は、β 値がその値と一致する場合、100 倍に増幅されます。もちろん、この要因はバイポーラ接合トランジスタが順方向活性状態で動作している間に発生します。

BJT バイアス回路

増幅目的に役立つBJTバイアス回路の例をいくつか含めました。

固定バイアス

固定バイアス回路図

回路図でわかるように、ベース抵抗 (R_B ) V_CC に接続します そしてベースターミナル。この場合、R_B での電圧降下 ベースエミッタ接合を順方向バイアス状態に設定します。次の式は IB の値を決定します。

両方 V_CC と V_BE 固定バイアス型回路では固定値となります。一方、R_B 一定のまま。その結果、 I_B も連続値を持つため、動作点が制限されます。したがって、このタイプのバイアスは、β+1 の安定係数のため、熱安定性が低くなります。

これは、トランジスタのβパラメータが予測できないために発生します。特に同様のモデルとトランジスタタイプでは、大きく異なる場合もあります。 I_C は、β が変化すると変化します。したがって、この β に依存するバイアス タイプは、トランジスタの属性と温度の変更により、動作点が変化する可能性があります。

全体として、固定ベースバイアス回路は、単純化された設計の最小限のコンポーネントに依存しています。コース内の RB 値を調整することで、ユーザーはアクティブ領域の動作点を変更できます。さらに、ベース-エミッタ接合には抵抗がないため、ソースには負荷がありません。その結果、この回路にはスイッチング用途があります。

次の式は、この回路の電圧と電流を参照しています:

コレクターからベースへのバイアス

この回路図は、コレクタからベースへのバイアス設計を表しています。

このコレクタからベースへのバイアス設定では、β の値に関係なく、2 つの抵抗がトランジスタのアクティブ領域に DC バイアスを供給します。 DC バイアスはコレクタ電圧 (V_C )、優れた安定性を保証します。

供給電圧レール (V_CC )、ベースバイアス抵抗 (R_B ) をトランジスタのコレクタ (C) に接続します。コレクタ電流が増加すると、コレクタ電圧が低下します。実際には、ベース ドライブが減少し、コレクタ電流が減少します。これにより、トランジスタのQポイントが固定されたままになります。したがって、コレクタ フィードバック バイアス技術は、トランジスタの周囲に負のフィードバックを生成します。これは、RB が出力から直接入力を引き出し、それを入力端子に分配するために発生します。

負荷抵抗両端の電圧降下 (R_L ) がバイアス電圧を生成します。そのため、負荷電流が増加すると、負荷抵抗の両端で大幅な電圧降下が発生します。一方、コレクタ電圧の低下につながります。その後、ベース電流 (I_B ) ドロップし、I_C を元に戻します 元の値に。

コレクタ電流を下げると、逆の反応が生じます。その場合、このバイアスアプローチは自己バイアスを指します。全体として、この設計は多くのアンプ プロジェクトに優れたアプリケーションを提供します。

コレクタからベースへのバイアスの回路式は次のとおりです。

エミッタ抵抗による固定バイアス

エミッタ抵抗回路図による固定バイアス

回路図は、外付け抵抗 (R_E ）。 V_BE の場合、エミッタ電流が増加します。 温度が上昇しても一定です。しかし、増加したエミッタ電流 (I_E ) はエミッタ電圧 (V_E =I_E R_E )、ベース抵抗 (R_B ）。

以下の式は、ベース抵抗の両端の電圧を決定します。

一方、ベース電流は以下の式で決定できます:

これによりベース電流が減少し、IC が IB と一致するため、コレクタ電流が減少します。式 IC =α IE (α =1) は、コレクタ電流とエミッタ電流を定義します。その結果、これによりエミッタ電流温度の上昇が抑えられ、安定した動作点が保証されます。トランジスタを別のタイプに交換すると、I_C が変わる可能性があります 価値。上記と同じ手法を使用すると、変更が無効になり、永続的な操作点が維持されます。したがって、このバイアス ネットワークは、固定ベース バイアス ネットワークよりも優れたサポートを提供します。

全体として、回路は次の式を利用します:

分圧器バイアスまたは分圧器

分圧回路図

ご覧のとおり、2 つの外部抵抗 R₁ と R₂ ,<サブ> この回路に統合して、分圧器を作成します。この設定により、R₂ の両端で生成される電圧が可能になります トランジスタのエミッタ接合を順方向バイアス状態に設定します。全体として、R₂ を流れる電流は 必要なベース電流の 10 倍になります。

一般に、このバイアス タイプは、V_BE で発生する変動を意味します。 β は I_C, に影響しません。 これにより、最大の熱安定性が得られます。温度が上昇すると、IC と IE がブーストされます。これにより、エミッタ電圧が高くなり、ベース - エミッタ電圧が低くなります。その後、これはベース電流の減少につながります (I_B )、I_C を元に戻す 初期状態に。

アンプのゲインが減少しても、このバイアス回路には安定性が最大化されるため、一般的なアプリケーションがあります。

回路は以下の式に依存します:

エミッタ バイアス

エミッタ バイアス設計を示す回路図。

上記の回路は、V_CC として知られる 2 つの電源に依存しています。 と V_EE 動作します。これらは一致していますが、反対の極性を備えています。 V_EE ベースエミッタ接合を順方向バイアス状態に設定します。一方、V_CC コレクタ ベース交差を逆バイアス状態に形成します。

さらに、I_C R_E に頼ることができます>> R_B /β と V_EE>> V_BE V_BE ではなく そしてβ。そうすることで、バランスの取れた動作点が得られます。

まとめ

ご覧のとおり、BJT バイアスにより、トランジスタが回路内で正しく動作し、AC 信号増幅が提供されます。これは、トランジスタの動作点に影響を与える抵抗を選択することによって実現されます。さらに、コレクタ接合部は逆バイアス状態に設定され、エミッタ ベースは順方向バイアス状態に設定されます。もちろん、回路設計は、意図したアプリケーションと達成したいものに完全に依存します。

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