ทำความเข้าใจกับอคติพื้นฐานในทรานซิสเตอร์

หากคุณเป็นนักศึกษาวิศวกรรมศาสตร์หรือวิศวกร คุณอาจทราบเกี่ยวกับทรานซิสเตอร์และความสำคัญของทรานซิสเตอร์ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่

แต่คุณเคยหยุดคิดบ้างไหมว่าอคติพื้นฐานมีความสำคัญต่อการทำงานของอุปกรณ์เหล่านี้อย่างไร? เบสไบอัสคือแรงดันไฟตรงที่ใช้กับหน้าสัมผัสพาหะส่วนใหญ่ของทรานซิสเตอร์

เป็นสิ่งสำคัญสำหรับการควบคุมการไหลของกระแสผ่านอุปกรณ์

หากไม่มีการให้น้ำหนักฐานที่ถูกต้อง ทรานซิสเตอร์จะทำงานไม่ถูกต้อง ซึ่งอาจนำไปสู่ลักษณะการทำงานที่ผิดปกติหรือแม้แต่ความล้มเหลวได้

ในบล็อกโพสต์นี้ ฉันจะพูดถึงเบสไบแอสและเหตุใดจึงสำคัญต่อวิธีการทำงานของทรานซิสเตอร์

ไม่ว่าคุณจะเป็นวิศวกรที่ช่ำชองหรือเพิ่งเริ่มต้นในสาขาอิเล็กทรอนิกส์ คุณต้องเข้าใจอคติพื้นฐานจึงจะทำได้ดี

เรามาดำดิ่งและเรียนรู้ไปด้วยกันเกี่ยวกับโลกแห่งอคติอันน่าทึ่ง

ทำความเข้าใจกับอคติพื้นฐานและหน้าที่ของมันในทรานซิสเตอร์

คำนิยามอย่างเป็นทางการ:

แรงดันไฟฟ้าโดยตรงที่ใช้กับหน้าสัมผัสพาหะส่วนใหญ่ (ฐาน) ของทรานซิสเตอร์

วิธีเบสไบอัส

การให้น้ำหนักไบโพลาร์จังก์ชันทรานซิสเตอร์ (BJT) ในวงจรทรานซิสเตอร์ทำได้ง่ายและทำได้โดยง่ายด้วยการให้น้ำหนักฐาน

วิธีนี้ทำให้แน่ใจว่าแรงดันเบสที่ถูกต้องหรือ VBB ถูกส่งไปที่เบส จากนั้นจะส่งกระแสเบสที่ถูกต้องไปยัง BJT เพื่อให้สามารถเปิดเครื่องได้

ใน "วงจรไบอัสฐานคงที่" ตัวต้านทานไบอัสฐาน RB เชื่อมต่อระหว่างฐานและแบตเตอรี่ฐาน VBB

สิ่งนี้ทำให้แน่ใจว่ากระแสฐานของทรานซิสเตอร์ยังคงเหมือนเดิมสำหรับค่าที่กำหนดของ VCC

วิธีการรับกระแสฐานสัญญาณเป็นศูนย์

มีหลายวิธีในการรับ IB ปัจจุบันของฐานสัญญาณศูนย์ที่จำเป็น เช่น การให้น้ำหนักจากตัวสะสมไปยังฐาน การให้น้ำหนักกับตัวต้านทานป้อนกลับของตัวเก็บรวบรวม หรือการให้น้ำหนักกับตัวแบ่งแรงดัน

เมื่อดูที่ขอบเขตเชิงเส้นของวงจรนี้ แสดงว่า DC มีผลโดยตรงต่อวงจรนี้

ด้วยการใช้กฎแรงดันไฟฟ้าของ Kirchhoff กับวงจรฐาน เราจะได้สมการที่แสดงความสัมพันธ์ระหว่าง IB และ VBB

หากคุณรู้จัก VBB และ RB คุณสามารถใช้สมการนี้เพื่อหา IB

วัตถุประสงค์ของตัวต้านทานอคติ

ตัวต้านทานไบแอสช่วยให้กระแสไหลเข้าสู่ฐานได้เพียงพอ เพื่อไม่ให้ทรานซิสเตอร์ BJT โอเวอร์โหลดหรือปิดการทำงาน

ตัวต้านทานไบแอสจะเก็บทรานซิสเตอร์ไว้ที่จุดปฏิบัติการหรือค่าชดเชยกระแสตรง

BJT บางตัวมีตัวต้านทานอคติภายในเพื่อลดจำนวนชิ้นส่วนในการออกแบบ แต่จำเป็นต้องมีตัวต้านทานอคติภายนอกเพื่อเปิดและปิด BJT

ทรานซิสเตอร์ในตัวต้านทานอคติ (BRT) เป็นทรานซิสเตอร์สองขั้วที่มีทั้งตัวต้านทานเบสและตัวต้านทานเบสอิมิตเตอร์ในตัว

ด้วยตัวต้านทานเหล่านี้ที่ติดตั้งในทรานซิสเตอร์ ทำให้ BRTs ลดจำนวนชิ้นส่วนภายนอกที่จำเป็น และทำให้ง่ายต่อการติดตั้งวงจรแยก

การให้น้ำหนักทรานซิสเตอร์

การให้น้ำหนักทรานซิสเตอร์เป็นกระบวนการของการให้แรงดันไฟฟ้ากระแสตรงแก่ทรานซิสเตอร์ เพื่อให้ชุมทางอิมิตเตอร์-ฐานเอนเอียงไปข้างหน้า และทางแยกฐานคอลเลคเตอร์มีความเอนเอียงไปข้างหลัง

สิ่งนี้ทำให้ทรานซิสเตอร์อยู่ในขอบเขตการทำงานเพื่อให้สามารถทำงานเป็นเครื่องขยายเสียงได้

การใช้ตัวเก็บประจุแบบคัปปลิ้งและบายพาสอย่างถูกวิธีจะช่วยหยุดกระแสไบอัสไม่ให้เข้าหรือออกจากฐานของทรานซิสเตอร์

การให้น้ำหนักของทรานซิสเตอร์ทำให้สามารถทำงานได้ทั้งแบบแอนะล็อกและแบบดิจิทัล

หากไม่มีการไบอัส แอมพลิฟายเออร์ BJT จะไม่สามารถส่งพลังงานในปริมาณที่เหมาะสมไปยังเทอร์มินัลโหลดได้

ผลกระทบของการให้น้ำหนักกับประสิทธิภาพของเครื่องขยายเสียง

วิธีการตั้งค่าฐานจะส่งผลต่อการทำงานของแอมพลิฟายเออร์ทรานซิสเตอร์

"Class A bias" คือขั้นตอนการตั้งค่าแอมพลิฟายเออร์เพื่อให้จุดทำงานอยู่ตรงกลางของส่วนตรงของเส้นโค้งคุณลักษณะของทรานซิสเตอร์

แอมพลิฟายเออร์คลาส A ถูกไบอัสโดยใส่แรงดันไฟตรงผ่านจุดเชื่อมต่อเบส-อิมิตเตอร์ของทรานซิสเตอร์ เพื่อให้จุดการทำงานที่ไม่มีสัญญาณ (นิ่ง) อยู่บนส่วนเชิงเส้นของพฤติกรรมของทรานซิสเตอร์

ค่าที่ดีที่สุดสำหรับแรงดันไบอัสของทรานซิสเตอร์คือสองเท่าของแรงดันเอาท์พุต AC สูงสุด

หากคุณเปลี่ยนแรงดันไบอัสของทรานซิสเตอร์ จุด Q ก็จะเคลื่อนที่ไปด้วย

ปฏิวัติอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ของคุณ: ใช้ประโยชน์จากพลังของ Base Bias

ยังยากที่จะเข้าใจ? ให้ฉันเปลี่ยนมุมมองเล็กน้อย:

คุณเบื่อไหมที่ทรานซิสเตอร์ของคุณพังตลอดเวลาเพราะมันทำงานแปลกๆ และไม่ทำงานใช่หรือไม่? เพียงแค่ดูว่าพลังของอคติพื้นฐานนั้นน่าทึ่งเพียงใด

ใช่ การป้อนแรงดันไฟฟ้าโดยตรงบนหน้าสัมผัสพาหะส่วนใหญ่ของทรานซิสเตอร์ของคุณสามารถสร้างความแตกต่างระหว่างการทำงานที่ราบรื่นและเชื่อถือได้กับการล่มสลายที่ร้อนแรง

เหตุใดจึงไม่ละทิ้งความระมัดระวังและกระโดดเข้าสู่โลกแห่งอคติพื้นฐาน

โอเค นั่นเป็นแค่เรื่องตลกที่ทำให้ดูเหมือนโฆษณาทีวี

ตอนนี้กลับไปที่คำอธิบาย

ปัจจัยที่มีผลต่ออคติฐาน

ผลกระทบของอุณหภูมิต่ออคติฐาน

อุณหภูมิเปลี่ยนแรงดันเบส-อิมิตเตอร์ (VBE) และแรงดันย้อนกลับของฐานสะสม กระแสอิ่มตัว

สิ่งนี้จะเปลี่ยนจุด Q ของวงจรไบอัสพื้นฐาน (ICBO)

เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น VBE จะลดลงในอัตรา 2.5 mV/ ในขณะที่ ICBO สูงขึ้น

สิ่งนี้ทำให้กระแส IB พื้นฐานเพิ่มขึ้นซึ่งบังคับให้ IC เปลี่ยนซึ่งย้ายจุด Q ของวงจร

เพื่อป้องกันไม่ให้เกิดการหนีความร้อน ต้องดำเนินการตามขั้นตอนเพื่อให้แน่ใจว่าอคติมีเสถียรภาพต่อการแพร่กระจายของ hFE

ไบอัสฐานและไบแอสจากคอลเลคเตอร์ถึงเบสจะได้รับผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลงใน VBE น้อยกว่าไบอัสตัวแบ่งแรงดัน

สิ่งนี้ทำให้ไบอัสพื้นฐานและไบแอสจากคอลเลคเตอร์ถึงเบสเป็นตัวเลือกที่ดีกว่าสำหรับวงจรที่ต้องมีความเสถียรในอุณหภูมิต่างๆ

เมื่อจุด Q ของทรานซิสเตอร์สองขั้วอยู่ใกล้กึ่งกลางของช่วงการทำงาน การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิจะได้รับผลกระทบน้อยกว่า

การคำนวณแรงดันตัวต้านทานฐาน

กฎของโอห์มและกฎแรงดันไฟฟ้าของเคอร์ชอฟฟ์ถูกใช้เพื่อหาว่าแรงดันไฟฟ้าของตัวต้านทานฐานอยู่ในวงจรที่มีไบอัสฐานคงที่เท่าใด

วิธีที่ง่ายที่สุดในการไบอัสทรานซิสเตอร์คือวงจรไบอัสฐานคงที่

ในวงจรนี้ ค่าไบอัสพื้นฐานจะเท่าเดิมในขณะที่ทรานซิสเตอร์กำลังทำงาน

ในการตั้งค่าวงจรนี้ คุณต้องเชื่อมต่อตัวต้านทานไบอัสฐานระหว่างฐานกับแบตเตอรี่ฐาน VBB หรือแหล่งแรงดันคงที่อื่น

ถ้าเรามีทรานซิสเตอร์ =100 ตัวและต้องการกระแสอิมิตเตอร์ 1mA เราสามารถใช้กฎของโอห์มและกฎแรงดันไฟฟ้าของ Kirchhoff เพื่อหาว่าตัวต้านทานเบสไบแอสต้องมีขนาดใหญ่เพียงใด

ก่อนอื่นเราต้องค้นหาว่า VBB คืออะไร

เราสามารถเขียน: VCC = IB * RB + VBE โดยใช้กฎแรงดันไฟฟ้าของ Kirchhoff

เนื่องจาก IB มีค่าเท่ากับ IE/ โดยที่ IE คือกระแสอิมิตเตอร์ คืออัตราขยาย DC ของทรานซิสเตอร์ และ VBE มีค่าประมาณ 0.7V สำหรับทรานซิสเตอร์ซิลิคอน เราจึงเขียนได้ว่า: VBB = VCC - (IE/)*RB - 0.7 วี.

RB = (VCC - VBB - 0.7V)/(IE/) คือสิ่งที่คุณได้รับเมื่อคุณแก้ปัญหาสำหรับ RB

คุณยังสามารถใช้เครื่องคิดเลขออนไลน์ เช่น Transistor Biasing Calculator by Omni Calculator

เครื่องคิดเลขนี้ใช้งานได้เฉพาะกับทรานซิสเตอร์สองขั้วทางแยก (BJT) และมีวิธีต่างๆ ในการตั้งค่าไบอัส เช่น การให้น้ำหนักแบบฐานคงที่ การให้น้ำหนักแบบป้อนกลับแบบสะสม

หากต้องการใช้เครื่องคิดเลขนี้สำหรับวิธีการให้น้ำหนักฐานแบบคงที่ คุณสามารถใส่ค่าที่ทราบ เช่น แรงดันแหล่งจ่าย (VCC) กระแสคอลเล็กเตอร์ที่ต้องการ (IC) อัตราขยาย DC () และแรงดันอิ่มตัว (VCEsat)

เครื่องคิดเลขจะให้ผลลัพธ์ เช่น กระแสอิมิตเตอร์ (IE), ความต้านทานคอลเลกเตอร์ (RC), ความต้านทานอิมิตเตอร์ (RE) และความต้านทานเบส (RB)

วิธีการให้ไบอัสสำหรับทรานซิสเตอร์

มีหลายวิธีในการให้ไบอัสทรานซิสเตอร์

ในหมู่พวกเขาคือ:

• ไบแอสเบสหรือ "ไบอัสกระแสคงที่" ไม่ใช่วิธีที่ดีนัก เนื่องจากแรงดันและกระแสไบแอสจะไม่คงเดิมในขณะที่ทรานซิสเตอร์ทำงาน
• Base Bias พร้อม Emitter Feedback: วิธีนี้ช่วยให้จุดทำงาน dc คงที่แม้ว่าความต้านทานจะเปลี่ยนไปเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง
• Base Bias with Collector Feedback: ชื่อของเมธอดนี้มาจากข้อเท็จจริงที่ว่า เนื่องจาก RB อิงจาก Collector จึงมีผลป้อนกลับเชิงลบที่ทำให้มีความเสถียรมากกว่าการไบแอสพื้นฐานเพียงอย่างเดียว
• ไบอัสแบบ Collector-to-Base: ในวิธีนี้ แรงดันไบอัสจะถูกใส่ระหว่างตัวสะสมและฐานของทรานซิสเตอร์

วิธีนี้ทำให้ได้แรงดันไบอัสที่เสถียรและใช้ในวงจรที่ต้องการความเสถียรของอุณหภูมิได้

• ไบแอสตัวแบ่งแรงดัน: ในวิธีนี้ แรงดันพื้นฐานจะถูกตั้งค่าด้วยเครือข่ายตัวแบ่งแรงดันที่ทำจากตัวต้านทานสองตัว

เทคนิคขั้นสูงสำหรับ Base Bias

เบสเบสเป็นวิธีการสำคัญในการทำให้ทรานซิสเตอร์สองขั้วทำงานในพื้นที่เชิงเส้น ซึ่งจำเป็นสำหรับการขยายสัญญาณ

แต่วงจรเบสมีความไวต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิและพารามิเตอร์ของทรานซิสเตอร์ ซึ่งอาจทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของกระแสคอลเลคเตอร์ที่คาดเดาได้ยาก

เพื่อทำให้ความเอนเอียงพื้นฐานดีขึ้น ผู้คนได้คิดค้นวิธีอื่นๆ เพื่อทำให้มีความเสถียรและคาดการณ์ได้มากขึ้น

ในบทความนี้ เราจะพูดถึงเทคนิคขั้นสูงสำหรับเบสไบแอส เช่น อิมเทอร์ฟีดแบ็กไบอัส อิมเทอร์ไบอัส ไบอัสตัวแบ่งแรงดัน และไบแอสพื้นฐานทั่วไปสำหรับการผสมและคูณสัญญาณ

Emitter-Feedback Bias

Emitter-feedback bias เป็นวิธีการตั้งค่าทรานซิสเตอร์ที่ใช้ทั้ง emitter feedback และ base-collector feedback เพื่อรักษาความเสถียรของกระแส Collector

ในวิธีนี้ ตัวต้านทานอิมิตเตอร์จะถูกเพิ่มเข้าไปในวงจรเบสไบแอส

สิ่งนี้ทำให้ไบแอสฐานสามารถคาดเดาได้มากขึ้นโดยการสร้างการป้อนกลับเชิงลบ ซึ่งจะยกเลิกการเปลี่ยนแปลงใด ๆ ของกระแสไฟฟ้าสะสมที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงของแรงดันพื้นฐาน

ไบอัสป้อนกลับอิมิตเตอร์ดีกว่าไบอัสเบสเพราะทำให้ไบอัสเบสเสถียรกว่าและไวต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิและพารามิเตอร์ของทรานซิสเตอร์น้อยกว่า

วิธีนี้ทำได้โดยใช้การป้อนกลับเชิงลบจากตัวต้านทานอิมิตเตอร์ ซึ่งทำให้สังเกตเห็นการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ได้น้อยลง

อิมิตเตอร์อคติ

อิมิตเตอร์ไบแอสมีความเสถียรมากแม้ว่าอุณหภูมิจะเปลี่ยนแปลง และใช้ทั้งแรงดันไฟบวกและลบ

ในทรานซิสเตอร์ BJT ของอิมิตเตอร์ทั่วไป อิมิตเตอร์เชื่อมต่อกับกราวด์ ดังนั้นแรงดันอินพุตจะถูกวัดที่ฐานโดยเทียบกับกราวด์ (อิมิตเตอร์) และแรงดันเอาต์พุตจะถูกวัดที่คอลเลกเตอร์โดยเทียบกับกราวด์ (คอลเลคเตอร์) ( อิมิตเตอร์).

การให้น้ำหนักอิมิตเตอร์สามารถทำให้จุด Q ของย่านแอกทีฟของแอมพลิฟายเออร์มีความเสถียรมากขึ้นโดยทำให้แน่ใจว่าฐานของทรานซิสเตอร์นั้นได้รับการไบอัสอย่างถูกต้องเสมอ

ดีกว่าการให้น้ำหนักแบบเบสเพราะทำให้ค่าไบแอสคงที่

อคติตัวแบ่งแรงดัน

วงจรไบอัสฐานมีความเสถียรน้อยกว่าวงจรไบอัสตัวแบ่งแรงดัน

แรงดันฐานซึ่งไม่เกี่ยวข้องกับแรงดันสะสมถูกกำหนดโดยเครือข่ายตัวแบ่งแรงดันในวงจรนี้

สิ่งนี้ทำให้การเปลี่ยนแปลงของแรงดันคอลเลกเตอร์และพารามิเตอร์ของทรานซิสเตอร์มีผลกระทบต่อจุดไบอัสน้อยลง

ส่วนใหญ่แล้ว อิมพีแดนซ์เอาต์พุตของตัวแบ่งแรงดันจะสูงกว่าวงจรไบอัสพื้นฐานมาก

ทำให้ตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้ามีเสถียรภาพมากขึ้น

อคติพื้นฐาน

วงจรเบสเบสนั้นสร้างได้ง่ายกว่าและมีส่วนน้อยกว่าวงจรไบอัสตัวแบ่งแรงดัน แต่มีความเสถียรน้อยกว่า

แรงดันไบอัสพื้นฐานเชื่อมโยงโดยตรงกับแรงดันคอลเลกเตอร์

ถ้าแรงดันคอลเลกเตอร์หรือพารามิเตอร์ของทรานซิสเตอร์เปลี่ยนไป แรงดันไบอัสพื้นฐานก็จะเปลี่ยนไปด้วย ทำให้วงจรไม่เสถียร

อคติพื้นฐานทั่วไปสำหรับการผสมและการคูณสัญญาณ

ในการผสมและคูณสัญญาณในวงจรฐานร่วม องค์ประกอบที่ไม่เชิงเส้น เช่น ไดโอดหรืออุปกรณ์ที่ใช้งานอยู่ เช่น ทรานซิสเตอร์หรือ FET จะได้รับไบอัสในปริมาณที่เหมาะสม

สิ่งนี้เกิดขึ้นเมื่อสองสัญญาณถูกส่งผ่านองค์ประกอบที่ไม่ใช่เชิงเส้น

ที่ความถี่รวมและผลต่างของสัญญาณเดิม สัญญาณใหม่สองสัญญาณจะถูกสร้างขึ้นบนความถี่ใหม่

การใช้การกำหนดค่าอิมิตเตอร์ไบอัสกับตัวเก็บประจุแบบบายพาสเป็นวิธีหนึ่งในการตั้งค่าวงจรฐานทั่วไปสำหรับการผสมและการคูณ

การกำหนดค่าไบอัสตัวแบ่งแรงดันด้วยตัวเก็บประจุแบบบายพาสเป็นอีกวิธีหนึ่งที่จะทำได้

กล่าวโดยย่อ อคติพื้นฐานได้รับการทำให้มีเสถียรภาพมากขึ้นและคาดการณ์ได้ผ่านการใช้เทคนิคใหม่ๆ

แม้ว่าอุณหภูมิและพารามิเตอร์ของทรานซิสเตอร์จะเปลี่ยนไป ไบอัสป้อนกลับของอิมิตเตอร์และอิมเทอร์ไบอัสของอิมิตเตอร์จะรักษาความเอนเอียงให้คงที่มาก

ไบแอสฐานมีความเสถียรน้อยกว่าไบแอสตัวแบ่งแรงดัน และไบอัสฐานจะใช้เพื่อผสมและคูณสัญญาณ

ชุมทางฐาน-คอลเลคเตอร์และแรงดันตกคร่อมฐาน-อิมิตเตอร์

ในทรานซิสเตอร์สองขั้วทางแยก ทางแยกระหว่างฐานและตัวสะสมจะเอนเอียงกลับกันเสมอ

ซึ่งหมายความว่าสามารถใช้แรงดันไบอัสย้อนกลับสูงกับจุดเชื่อมต่อก่อนที่มันจะขาด

แรงดันไบแอสย้อนกลับทำหน้าที่เป็นไบอัสไปข้างหน้าสำหรับพาหะส่วนน้อยในฐาน เร่งให้พวกมันผ่านทางแยกฐาน-คอลเลคเตอร์และเข้าสู่บริเวณคอลเลคเตอร์

เมื่อทั้งทางแยกฐานอิมิตเตอร์และฐานคอลเลคเตอร์เป็นแบบเอนไปข้างหน้า กระแสจะไหลจากอิมิตเตอร์ไปยังคอลเลคเตอร์

สิ่งนี้ทำให้ทรานซิสเตอร์ทำงานได้

ในสถานะนี้เรียกว่าความอิ่มตัว จุดเชื่อมต่อทั้งสองจะถูกเอนไปข้างหน้า และแรงดันไฟฟ้าระหว่างฐานและอิมิตเตอร์คืออย่างน้อย 0.7V สำหรับทรานซิสเตอร์ซิลิกอน หรือ 0.3V สำหรับทรานซิสเตอร์เจอร์เมเนียม

การให้น้ำหนักทางแยกเบส-อิมิตเตอร์

แรงดันไบแอสไปข้างหน้าที่ตกคร่อมทางแยกฐาน-อิมิตเตอร์ส่งผลต่อวิธีการทำงานของทรานซิสเตอร์โดยการลดสิ่งกีดขวางที่ทางแยกฐานอิมิตเตอร์

สิ่งนี้ทำให้พาหะมากขึ้นไปถึงตัวสะสมและเพิ่มการไหลของกระแสจากอิมิตเตอร์ไปยังตัวสะสมและผ่านวงจรภายนอก

เพื่อให้ทรานซิสเตอร์ทำงานเป็นเครื่องขยายเสียง จุดเชื่อมต่อแต่ละจุดจะต้องเปลี่ยนโดยแรงดันไฟฟ้าที่มาจากภายนอกทรานซิสเตอร์

ทางแยก PN แรกซึ่งอยู่ระหว่างอิมิตเตอร์และฐานนั้นเอนเอียงไปในทิศทางไปข้างหน้า

ทางแยก PN ที่สองซึ่งอยู่ระหว่างฐานและตัวสะสมจะเอนเอียงไปในทิศทางตรงกันข้าม

ในการเปิดทรานซิสเตอร์ แรงดันไปข้างหน้าที่ตกจากเบสถึงอิมิตเตอร์ (VBE) จะต้องมากกว่าศูนย์ โดยปกติจะอยู่ที่ประมาณ 0.6V

เพื่อให้ทรานซิสเตอร์ทำงานได้ ไดโอดเบส-อิมิตเตอร์จะต้องเอนเอียงไปข้างหน้า

เมื่อ VBE สูงกว่า 0.6V ทรานซิสเตอร์จะทำงานในโหมดแอคทีฟและเพิ่มสัญญาณ

ในทางกลับกัน เมื่อ VBE น้อยกว่า 0.6V ทรานซิสเตอร์จะอยู่ในสถานะที่เรียกว่า "โหมดคัตออฟ" ซึ่งไม่มีกระแสไหลผ่าน

เพื่อให้ทรานซิสเตอร์อยู่ในโหมดรีเวิร์สแอคทีฟ แรงดันที่อิมิตเตอร์ต้องสูงกว่าแรงดันที่ฐาน ซึ่งต้องสูงกว่าแรงดันที่คอลเลกเตอร์

เทคนิคการให้น้ำหนักฐาน

วิธีการให้น้ำหนักพื้นฐานแบบต่างๆ เช่น การให้น้ำหนักป้อนกลับอิมิตเตอร์และไบอัสตัวแบ่งแรงดันสามารถใช้เพื่อทำให้กระแสคอลเลคเตอร์คงที่และทำให้คาดการณ์ได้ง่ายขึ้น

กระแสคอลเลคเตอร์จะคงที่ด้วยอคติป้อนกลับอิมิตเตอร์โดยใช้ทั้งฟีดแบ็คอิมิตเตอร์และเบส-คอลเลคเตอร์

เมื่อเพิ่มตัวต้านทานอิมิตเตอร์ลงในวงจรไบแอสเบส ผลกระทบของการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิและพารามิเตอร์ของทรานซิสเตอร์จะลดลง

สิ่งนี้ทำให้อคติย้อนกลับของตัวส่งมีความเสถียรมากกว่าอคติพื้นฐานเพียงอย่างเดียว

ไบอัสตัวแบ่งแรงดันใช้เครือข่ายตัวแบ่งแรงดันเพื่อตั้งค่าแรงดันพื้นฐาน ซึ่งไม่ขึ้นกับแรงดันคอลเลกเตอร์และให้ความเสถียรของไบอัสสูง

การตั้งค่านี้เสถียรกว่าการให้น้ำหนักฐานเนื่องจากไม่ได้ใช้แหล่งจ่ายไฟสำรอง ซึ่งอาจทำให้เกิดปัญหาได้

อัตราขยายปัจจุบัน e ของทรานซิสเตอร์เท่ากับกระแสสะสมหารด้วยกระแสฐาน

ซึ่งหมายความว่ากระแสเบสจำนวนเล็กน้อยสามารถควบคุมกระแสคอลเลกเตอร์ที่มากขึ้น ซึ่งเป็นพื้นฐานของวิธีการทำงานของทรานซิสเตอร์

เพื่อให้กระแสคอลเลคเตอร์ไหล ทั้งสามส่วนของทรานซิสเตอร์จะต้องเอนเอียงไปข้างหน้า

ซึ่งหมายความว่ากระแสจะต้องถูกขับเข้าไปในฐานเพื่อให้การนำไฟฟ้าเกิดขึ้น

กระแสคอลเลกเตอร์ของทรานซิสเตอร์จะเพิ่มขึ้นเมื่อแรงดันไบแอสไปข้างหน้าสูงขึ้น

ข้อ จำกัด ของแรงดันฐาน - คอลเลคเตอร์

แรงดันเบสคอลเลคเตอร์จะสูงแค่ไหนก่อนที่ไบอัสอิมิตเตอร์จะหยุดทำงานขึ้นอยู่กับทรานซิสเตอร์ที่ใช้และข้อมูลจำเพาะ

โดยส่วนใหญ่แล้ว ผู้ผลิตจะแสดงรายการพิกัดแรงดันเบส-คอลเลคเตอร์สูงสุด (Vbc) สำหรับทรานซิสเตอร์

การให้คะแนนนี้สามารถอยู่ที่ใดก็ได้ตั้งแต่ไม่กี่โวลต์ไปจนถึงหลายร้อยโวลต์

เมื่อแรงดันไฟฟ้าระหว่างฐานและตัวสะสมสูงกว่าพิกัดสูงสุด ทรานซิสเตอร์อาจพังและอาจเสียหายได้

แต่อิมิตเตอร์ไบอัสยังคงสามารถทำงานได้ในช่วงการทำงานที่ปลอดภัยของทรานซิสเตอร์ แม้ว่าแรงดันเบสคอลเลคเตอร์จะสูงกว่าพิกัดสูงสุดก็ตาม

การคำนวณและการวิเคราะห์อคติฐาน

การคำนวณความต้านทานโหลดในการให้น้ำหนักฐาน

ในวงจรไบอัสตัวต้านทานฐาน BJT ความต้านทานโหลดสามารถคำนวณได้โดยใช้สูตร RL = (V CC - V BE) / IE โดยที่ V CC คือแรงดันจากแหล่งจ่ายไฟ V BE คือแรงดันคร่อมอิมิตเตอร์เบส ทางแยก และ IE คือกระแสอิมิตเตอร์

สูตรนี้ช่วยหาว่าต้องใช้ตัวต้านทานไบอัสกี่ตัวสำหรับกระแสอิมิตเตอร์จำนวนหนึ่ง

การกำหนดค่าอคติตัวแบ่งแรงดัน

เมื่อใช้ทฤษฎีบทของ Thevenin คุณจะพบการกำหนดค่าไบอัสสำหรับตัวแบ่งแรงดัน

ในวิธีนี้ ตัวต้านทานสองตัวจะเชื่อมต่อแบบอนุกรมระหว่างแหล่งจ่ายไฟและกราวด์ และตัวต้านทานหนึ่งตัวจะเชื่อมต่อกับฐานของทรานซิสเตอร์

ในการตั้งค่านี้ ความต้านทานโหลดมักจะเป็นส่วนถัดไปของวงจรหรือแหล่งกระแส

ตัวต้านทานไบอัสสามารถคำนวณได้โดยใช้สูตร R1 = (V CC - V BE) * R2 / V BE โดยที่ R1 คือตัวต้านทานระหว่างฐานและตัวแบ่งแรงดัน R2 คือตัวต้านทานอื่นในตัวแบ่งแรงดัน และ V BE คือแรงดันคร่อมทางแยกฐาน-อิมิตเตอร์ (โดยปกติจะอยู่ที่ประมาณ 0.6-0.7V สำหรับทรานซิสเตอร์แบบซิลิคอน)

การกำหนดค่าอคติคำติชมของนักสะสม

ในการกำหนดค่าไบอัสแบบป้อนกลับของคอลเลคเตอร์ กระแสอิมิตเตอร์จะถูกตั้งค่าโดยการใส่ตัวต้านทานระหว่างคอลเลคเตอร์และฐานของทรานซิสเตอร์

วิธีนี้จะให้ข้อเสนอแนะและทำให้จุดอคติคงที่

กฎของโอห์มสามารถใช้หาค่าความต้านทานโหลดได้ และแรงดันตกคร่อมตัวต้านทานคอลเลคเตอร์สามารถใช้หาแรงดันคอลเลกเตอร์ได้

โปรดทราบว่ามีวิธีอื่นในการไบอัสวงจร BJT และวิธีการที่คุณเลือกจะขึ้นอยู่กับความต้องการของวงจร

วงจรไบอัสคำติชมของนักสะสม

เคล็ดลับ: เปิดปุ่มคำอธิบายภาพหากต้องการ เลือก "การแปลอัตโนมัติ" ในปุ่มการตั้งค่า หากคุณไม่คุ้นเคยกับภาษาพูด คุณอาจต้องคลิกที่ภาษาของวิดีโอก่อนจึงจะสามารถแปลภาษาที่คุณชื่นชอบได้

กรณีการใช้งาน

ใช้ใน:	คำอธิบาย:
เครื่องขยายเสียง:	ในวงจรแอมพลิฟายเออร์ ไบอัสพื้นฐานใช้เพื่อตั้งค่าจุด Q ซึ่งเป็นระดับที่ทรานซิสเตอร์ทำงาน ด้วยการเปลี่ยนแรงดันไบอัส วิศวกรสามารถควบคุมปัจจัยการขยายสัญญาณและตรวจสอบให้แน่ใจว่าสัญญาณที่ออกมายังคงอยู่ในช่วงที่ต้องการ
การเปิดและปิด:	ในวงจรสวิตชิ่งซึ่งใช้ทรานซิสเตอร์เพื่อเปิดและปิดสัญญาณไฟฟ้า เบสเบสก็มีความสำคัญเช่นกัน ในกรณีนี้ แรงดันไบอัสจะควบคุมแรงดันเกณฑ์ที่จำเป็นในการเปิดทรานซิสเตอร์ สิ่งนี้ทำให้วงจรสลับระหว่างการเปิดและปิด
แหล่งพลังงาน:	ในวงจรแหล่งจ่ายไฟ ไบอัสพื้นฐานถูกใช้เพื่อให้แน่ใจว่าแรงดันเอาต์พุตคงที่และอยู่ในช่วงที่เหมาะสม การตั้งค่าแรงดันไบอัสไว้ที่ระดับหนึ่ง วิศวกรสามารถควบคุมปริมาณกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านอุปกรณ์และหยุดไม่ให้แรงดันขึ้นและลงได้
ออสซิลเลเตอร์:	ในวงจรออสซิลเลเตอร์ เบสไบแอสถูกใช้เพื่อรักษาความถี่ของอุปกรณ์ให้อยู่ในระดับที่เหมาะสม วิศวกรสามารถตรวจสอบให้แน่ใจว่าออสซิลเลเตอร์สร้างรูปคลื่นที่คงที่โดยการเปลี่ยนแรงดันไบอัส
วงจรเซ็นเซอร์:	ในวงจรเซนเซอร์ซึ่งใช้ทรานซิสเตอร์เพื่อตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของแรงดันหรือกระแส ยังสามารถใช้เบสเบสได้อีกด้วย วิศวกรสามารถควบคุมความไวและความแม่นยำของเซ็นเซอร์ได้โดยการตั้งค่าแรงดันไบอัสให้อยู่ในระดับหนึ่ง สิ่งนี้ทำให้เซ็นเซอร์สามารถตรวจจับการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในสัญญาณอินพุตได้

บทสรุป

ในท้ายที่สุด อคติพื้นฐานเป็นส่วนสำคัญของวิธีการทำงานของทรานซิสเตอร์ที่ไม่สามารถละเลยได้

การให้น้ำหนักฐานที่เหมาะสมมีความสำคัญต่อประสิทธิภาพที่เชื่อถือได้ เนื่องจากจะควบคุมการไหลของกระแสและทำให้อุปกรณ์มีเสถียรภาพ

แต่สิ่งสำคัญคือต้องพิจารณาว่าการให้น้ำหนักพื้นฐานหมายถึงอะไรสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์โดยทั่วไป

ในขณะที่โลกของเราต้องพึ่งพาเทคโนโลยีมากขึ้นเรื่อยๆ เราจำเป็นต้องคิดอย่างรอบคอบเกี่ยวกับวิธีที่เราออกแบบและใช้อุปกรณ์เหล่านี้เพื่อรักษาผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมและชุมชนของเราให้น้อยที่สุด

ด้วยการใช้แนวคิดของอคติพื้นฐานในการออกแบบและกระบวนการผลิตของเรา เราสามารถสร้างอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ไม่เพียงมีประโยชน์ แต่ยังเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและดีต่อสังคมอีกด้วย

ในฐานะวิศวกรและนักเทคโนโลยี เป็นหน้าที่ของเราที่จะต้องพิจารณาว่างานของเราส่งผลกระทบต่อทุกคนอย่างไร และอคติพื้นฐานเป็นเพียงส่วนเล็กๆ

ดังนั้น เรามาผลักดันขีดจำกัดของสิ่งที่เป็นไปได้โดยคำนึงถึงภาพรวม

ลิงค์และการอ้างอิง

ไบอัสของทรานซิสเตอร์และแรงดันไบแอสเอาต์พุต:

https://resources.pcb.cadence.com/blog/2020-transistor-biasing-and-output-bias-voltages

การให้น้ำหนักทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์:

https://en.wikipedia.org/wiki/Bipolar_transistor_biasing

การบรรยายอุปกรณ์ Solid State 18:

https://engineering.purdue.edu/~ee606/downloads/ECE606_f12_Lecture18.pdf