5.5: Зсув зворотного зв'язку
- Page ID
- 30786
Хоча зміщення випромінювача з двома джерелами та зміщення дільника напруги можуть забезпечити дуже високу стабільність, є й інші конфігурації зміщення. Їх стабільність, як правило, не така хороша, але вони перевершують простий ухил основи. Вони також, як правило, використовують менше компонентів, ніж їх двоюрідні брати з високою стабільністю. Як група, ми називаємо їх конфігураціями зміщення зворотного зв'язку. Вони використовують поняття негативного зворотного зв'язку. Це техніка, коли зміна вихідного сигналу може відображатися назад на вхід таким чином, що вона має тенденцію частково компенсувати зміну вихідного сигналу.
5.5.1: Зміщення зворотного зв'язку колектора
За допомогою простого переміщення\(R_B\) в базовій конфігурації зміщення бази ми приходимо до зміщення зворотного зв'язку колектора. Шаблон NPN показаний на малюнку\(\PageIndex{1}\). У порівнянні з базовим зміщенням, все, що змінилося,\(R_B\) це те, що підключено до нижньої частини,\(R_C\) а не до джерела живлення. Ця невелика зміна може мати помітний вплив на стабільність.
Малюнок\(\PageIndex{1}\): Колектор зворотного зв'язку зміщення.
Щоб зрозуміти, як працює зворотний зв'язок, припустимо, що струм тече з подачі\(R_C\), через, в колектор і, нарешті, з випромінювача на землю. Через КВЛ,\(V_{CE} = V_C = V_{CC} − I_C \cdot R_C\). Тепер припустимо, що з якихось причин зміна температури можливо,\(\beta\) підвищується. Це повинно викликати збільшення\(I_C\). Збільшення\(I_C\), однак, призведе до збільшення падіння\(R_C\) через закон Ома. Це, в свою чергу, змусило б\(V_C\) впасти. Ось ключ: також\(V_C\) дорівнює падінню через\(R_B\) плюс напруга\(V_{BE}\). Потенціал базового випромінювача фіксується приблизно на рівні 0,7 вольт, тому будь-яке зменшення\(V_C\) відображається як зменшення напруги поперек\(R_B\). Згідно із законом Ома, це означає, що\(I_B\) має зменшуватися на аналогічну частку. Це зниження має тенденцію компенсувати початкову тенденцію колекторного струму до збільшення.
Щоб вивести рівняння для струму колектора, можна використовувати КВЛ.
\[V_{CC} = V_{R_C} +V_{R_B} +V_{BE} \\ V_{CC} = I_E R_C+I_B R_B+V_{BE} \\ V_{CC} = I_C R_C+ \frac{I_C}{\beta} R_B+V_{BE} \\ I_C = \frac{V_{CC} −V_{BE}}{R_C+R_B /\beta} \label{5.10} \]
Це рівняння дуже схоже на поточні похідні для зміщення емітера з двома живленням (Eq 5.3.1) та зміщення дільника напруги (Eq 5.4.3). Знову ж таки, якщо ми можемо встановити,\(R_C \gg R_B/\beta\) то\(I_C\) буде відносно захищений від зсувів точки Q через\(\beta\). Проблема тут полягає в тому, що це не так просто, щоб задовольнити це положення в цій схемі. Отже, колекторний зворотний зв'язок має тенденцію мати лише скромну стабільність.
Що стосується кінцевих точок зрізу та насичення на лінії навантаження постійного струму, ще раз, відключення визначається джерелом живлення постійного струму, тоді як насичення визначається величиною опору в колекторі-випромінювачі для обмеження струму зазначеного джерела живлення.
\[I_{C(sat)} = \frac{V_{CC}}{R_C} \label{5.11} \]
\[V_{CE (cutoff )} = V_{CC} \label{5.12} \]
Приклад\(\PageIndex{1}\)
Припускаючи\(\beta = 100\), визначте точку Q (\(I_C\)і\(V_{CE}\)) для схеми малюнка\(\PageIndex{2}\). Наскільки змінюється точка Q, якщо вона\(\beta\) зменшена вдвічі?
Малюнок\(\PageIndex{2}\): Схема для прикладу\(\PageIndex{1}\).
Використання рівняння\ ref {5.10}
\[I_C = \frac{V_{CC} −V_{BE}}{R_C+R_B /\beta} \nonumber \]
\[I_C = \frac{15 V−0.7 V}{10 k \Omega +180 k \Omega /100} \nonumber \]
\[I_C = 1.21 mA \nonumber \]
Використання KVL
\[V_{CE} = V_{CC} −V_{RC} \nonumber \]
\[V_{CE} = V_{CC} −I_C R_C \nonumber \]
\[V_{CE} = 15V−1.21 mA\times 10 k \Omega \nonumber \]
\[V_{CE} = 2.9 V \nonumber \]
Якщо\(\beta\) зменшується вдвічі до 50
\[I_C = \frac{V_{CC} −V_{BE}}{R_C+R_B /\beta} \nonumber \]
\[I_C = \frac{15V−0.7V}{10 k \Omega +180 k \Omega /50} \nonumber \]
\[I_C = 1.05 mA \nonumber \]
\[V_{CE} = V_{CC} −I_C R_C \nonumber \]
\[V_{CE} = 15V−1.05 mA\times 10 k \Omega \nonumber \]
\[V_{CE} = 4.5 V \nonumber \]
Для падіння 2:1\(\beta\) ми бачимо зменшення приблизно на 13%\(I_C\) з дещо більшою зміною\(V_{CE}\). Ця схема явно не настільки стабільна, як зміщення випромінювача з двома джерелами або зміщення дільника напруги, але вона перевершує зміщення бази.
Версія PNP конфігурації зміщення колектора зворотного зв'язку не повинна стати несподіванкою. Шаблон зображений на малюнку\(\PageIndex{3}\). Тут ми використовуємо ту саму техніку зсуву живлення, яка використовувалася з дільником напруги PNP для того, щоб намотувати з позитивним джерелом живлення. Як і у випадку з дільником напруги PNP, оскільки ми змінили контрольну точку, всі напруги, орієнтовані на землю, будуть відрізнятися від своїх аналогів NPN. Усі струми та складові напруги матимуть однакові величини, але з протилежними напрямками та полярностями.
Малюнок\(\PageIndex{3}\): Зсув зворотного зв'язку колектора PNP.
5.5.2: Зміщення зворотного зв'язку випромінювача
Зміщення зворотного зв'язку випромінювача використовує ту ж загальну ідею, що і схема зворотного зв'язку колектора, а саме, що зміни на виході будуть відображатися назад на вхід і, таким чином, допоможуть пом'якшити початкові зміни. Хоча зворотний зв'язок колектора фокусується на встановленні струму колектора\(V_C\) через\(R_C\), зворотний зв'язок випромінювача використовує той факт, що струм випромінювача встановлює\(V_E\) через\(R_E\). В обох випадках ці напруги використовуються для зміни напруги через\(R_B\), що призводить до зміни,\(I_B\) що суперечить початковій зміні струму колектора.
Малюнок\(\PageIndex{4}\): Зсув зворотного зв'язку випромінювача.
Основна схема зміщення зворотного зв'язку випромінювача показана на малюнку\(\PageIndex{4}\). Ми будемо використовувати КВЛ для розробки рівняння струму колектора.
\[V_{CC} = V_{R_B} +V_{BE}+V_{R_E} \\ V_{CC} = I_B R_B+V_{BE} + I_E R_E \\ V_{CC} = \frac{I_C}{\beta} R_B + I_C R_E+V_{BE} \\ I_C = \frac{V_{CC} −V_{BE}}{R_E+R_B /\beta} \label{5.13} \]
Якщо ми можемо встановити,\(R_E \gg R_B/\beta\) то точка Q буде стабільною, незважаючи на зміни в\(\beta\). Проблема тут така ж, як і в колекторському зворотному зв'язку, а саме те, що цього положення досягти непросто. Отже, конфігурація зворотного зв'язку випромінювача, як правило, має лише скромну стабільність. У будь-якому випадку, як тільки колекторний струм відомий,\(V_{CE}\) можна знайти за допомогою методів, проілюстрованих конфігурацією дільника напруги. Кінцеві точки для лінії навантаження постійного струму знаходяться в звичайному порядку.
\[I_{C(sat)} = \frac{V_{CC}}{R_C+R_E} \label{5.14} \]
\[V_{CE (cutoff )} = V_{CC} \label{5.15} \]
Приклад\(\PageIndex{2}\)
Припускаючи\(\beta\) = 100, визначте точку Q (\(I_C\)і\(V_{CE}\)) для схеми малюнка\(\PageIndex{5}\).
Малюнок\(\PageIndex{5}\): Схема для прикладу\(\PageIndex{2}\).
Використання рівняння\ ref {5.13}
\[I_C = \frac{V_{CC} −V_{BE}}{R_E+R_B /\beta} \nonumber \]
\[I_C = \frac{20 V−0.7V}{200 \Omega +270 k \Omega /100} \nonumber \]
\[I_C = 6.66 mA \nonumber \]
Використання KVL
\[V_{CE} = V_{CC} −V_{R_C} −V_{R_E} \nonumber \]
\[V_{CE} = V_{CC} −I_C (R_C+R_E ) \nonumber \]
\[V_{CE} = 20 V−6.66mA(1.8 k \Omega +200 \Omega ) \nonumber \]
\[V_{CE} = 6.68 V \nonumber \]
Для завершення рядка навантаження знаходимо
\[I_{C(sat)} = 10 mA \nonumber \]
\[V_{CE(cutoff)} = 20 V \nonumber \]
\(\beta\)Зниження до 50 призведе до
\[I_C = 3.45 mA \nonumber \]
\[V_{CE} = 13.1 V \nonumber \]
Ми бачимо менше 2:1 зміни,\(V_{CE}\) але стабільність не драматична.\(I_C\)
5.5.3: Комбінований зворотний зв'язок
Остаточна конфігурація зміщення зворотного зв'язку поєднує як зворотний зв'язок колектора, так і зворотний зв'язок випромінювача, щоб прийти до схеми, зображеної на малюнку\(\PageIndex{6}\) Ми даруємо йому надзвичайно оригінальну назву зміщення комбінованого зворотного зв'язку.
Малюнок\(\PageIndex{6}\): Комбінація зміщення зворотного
Ця схема застосовує зворотний зв'язок\(R_B\) з обох кінців, так би мовити, тому вона, як правило, має трохи кращу стабільність, ніж зворотний зв'язок колектора або зміщення зворотного зв'язку випромінювача. Звичайно, зараз тільки один резистор ухиляється від ланцюга дільника напруги, який є значно більш стабільним.
Рівняння для лінії навантаження наведені нижче. Похідні залишають як вправу.
\[I_C = \frac{V_{CC} −V_{BE}}{R_C+R_E+R_B /\beta} \label{5.16} \]
\[V_{CE} = V_{CC} −I_C (R_C+R_E ) \label{5.17} \]
\[I_{C(sat)} = \frac{V_{CC}}{R_C+R_E} \label{5.18} \]
\[V_{CE (cutoff )} = V_{CC} \label{5.19} \]
Приклад\(\PageIndex{3}\)
Припускаючи\(\beta = 125\), визначте точку Q (\(I_C\)і\(V_{CE}\)) для схеми малюнка\(\PageIndex{7}\).
Малюнок\(\PageIndex{7}\): Схема для прикладу\(\PageIndex{3}\).
Зверніть увагу, що це перевернута версія PNP. Використання рівняння\ ref {5.16}
\[I_C = \frac{V_{CC} −V_{BE}}{R_C+R_E+R_B /\beta} \nonumber \]
\[I_C = \frac{18 V−0.7V}{7.5 k \Omega +330 \Omega +100 k \Omega / 125} \nonumber \]
\[I_C = 2mA \nonumber \]
Використання KVL
\[V_{CE} = V_{CC} −V_{R_C} −V_{R_E} \nonumber \]
\[V_{CE} = V_{CC} −I_C (R_C+R_E ) \nonumber \]
\[V_{CE} = 18V−2 mA(7.5 k \Omega +330 \Omega ) \nonumber \]
\[V_{CE} = 2.34 V \nonumber \]