02/11/52
BE : DC Biasing BJT 1 of 43
Chapter 5Chapter 5DC Biasing for BJT
BE : DC Biasing BJT 2 of 43
เนอหา : จดทางาน วงจรไบแอสคงตว วงจรอมตเตอรไบแอส วงจรไบแอสแบบแบงแรงดน วงจรไบแอสไฟฟากระแสตรงทมการปอนกลบแรงดน วงจรทรานซสเตอรสวทช การวเคราะหทรานซสเตอรแบบ PNP
02/11/52
BE : DC Biasing BJT 3 of 43
บทนาบทนาการไบแอสเปนการกาหนดจดทางาน IC และ VCE ทเหมาะสม ใหกบวงจร
ทรานซสเตอร
ในการคานวณหาคาของแรงดนและกระแสไบแอสของวงจรทรานซสเตอรแบบไบโพลาร จะใชขอกาหนดดงตอไปน เปนพนฐานในการวเคราะห
VVBEBE = 0.7 V= 0.7 VIICC = = ββ IIBB
IIEE = (= (ββ + 1)I+ 1)IBB≅≅ ββ IIBB
BE : DC Biasing BJT 4 of 43
จดทางานจดทางาน ( (OPERATING POINT)OPERATING POINT)หรอบางครงเรยกวา จดสงบ (Quiescent Point, Q-point) โดยพจารณาท
Collector Characteristic
จดทางานทเหมาะสมจะอยใน Active Region
โดยจดทางานอาจจะเปน จด A, B, C หรอ D
02/11/52
BE : DC Biasing BJT 5 of 43
1. วงจรไบแอสคงตว (Fixed-Bias Circuit)2. วงจรอมตเตอรไบแอส (Emitter Bias Circuit)3. วงจรไบแอสแบบแบงแรงดน (Voltage-Divider Bias)4. วงจรไบแอสไฟฟากระแสตรงทมการปอนกลบแรงดน (DC Bias with
Voltage Feedback)
การไบแอสวงจรขยายทรานซสเตอรแบบอมตเตอรรวม สาหรบสญญาณขนาดเลก มหลายๆ แบบดวยกนคอ
BE : DC Biasing BJT 6 of 43
วงจรไบแอสคงตววงจรไบแอสคงตว ( (FIXEDFIXED--BIAS CIRCUIT)BIAS CIRCUIT)วงจรจะแยกสญญาณ ac ของอนพตออกไปโดยการใช ตวเกบประจ C1 และ
ปองกนการไหลของกระแส DC ออกทางดานเอาทพตตวย C2
02/11/52
BE : DC Biasing BJT 7 of 43
สมการอนพตเบสอมตเตอร (Input Equation, Base-Emitter)
จาก KVL ทอนพตของทรานซสเตอรVCC = IBRB + VBE
เพราะฉะนนIB = VCC - VBE
RBและ
VBE = VB - VE
เมอขา E ตอลงกราวดทาให VE = 0 ดงนน
VVBEBE = V= VBB
BE : DC Biasing BJT 8 of 43
สมการเอาทพตคอลเลกเตอรและอมตเตอร (Output Equation Collector-Emitter)
จากIC = βIB
KCL ทเอาทพตVCE = VCC - ICRC
และVCE = VC - VE
จาก VE = 0 ดงนน
VVCECE = V= VCC
02/11/52
BE : DC Biasing BJT 9 of 43
ตวอยางท 1จากวงจรในรป ถาทรานซสเตอรม β = 50 จงคานวณหา
(a) IBQ และ ICQ
(b) VCEQ
(c) VB และ VC
(d) VBC
BE : DC Biasing BJT 10 of 43
(a) จากIBQ = (VCC-VBE)/RB
= (12V-0.7V)/240kΩ
= 47.08 = 47.08 uAuA
จากICQ = βIBq
= (50)(47.08uA)= 2.35 = 2.35 mAmA
(b) จากVCEQ = VCC - ICRC
= 12 - (2.35mA)(2.2kΩ)= 6.83V= 6.83V
วธทา
02/11/52
BE : DC Biasing BJT 11 of 43
(c) VB = VBE
= 0.7 V= 0.7 V
VC = VCE
= 6.83 V= 6.83 V
(d)VBC = VB - VC
= 0.7V-6.83V= = --6.31 V6.31 V
BE : DC Biasing BJT 12 of 43
การอมตวของทรานซสเตอร (Transistor Saturation)เมอทรานซสเตอรอมตวจะทาใหแรงดน VCE = ศนย (ในทางปฏบต VCE จะม
คาเปนแรงดนตาๆ) ซงทรานซสเตอรจะ ON เตมท ไมสามารถทาให ON มากกวานไดอก เปนถาวะทกระแส IC ไหลสงสด
02/11/52
BE : DC Biasing BJT 13 of 43
เมอ VCE ≅ 0 V
ดงนนICmax = VCC/RC
BE : DC Biasing BJT 14 of 43
การวเคราะหเสนโหลด (Load-Line Analysis)
การหาจดตดแนวแกน YIC = VCC/RC เมอ VCE = 0
การวาดเสนโหลด
การหาจดตดแนวแกน XVCE = VCC เมอ IC = 0
02/11/52
BE : DC Biasing BJT 15 of 43
จดตดของเสนโหลดกบเสนลกษณะสมบตของทรานซสเตอร จะเปนจดทางานหรอ Q-point ของวงจร
ลกษณะของเสนโหลดทเปลยนไป จะทาให จดทางาน Q-Point เปลยนไป
(a) การเปลยนจดทางานเมอ IB เปลยน (b) เมอ RC เปลยน
BE : DC Biasing BJT 16 of 43
การเปลยนจดทางาน เมอ VCC เปลยน
02/11/52
BE : DC Biasing BJT 17 of 43
เสถยรภาพของการไปแอส (Bias Stabilization)เสถยรภาพ หมายถงระบบยงคงคณสมบตเดม แมมการเปลยนแปลงของ
สภาพแวดลอม โดยเฉพาะอยางยงอณหภม β จะเพมขนไดอยางมากเมออณหภมเพม
T ICO VBE(oC) (nA) β (V)-65 0.2x10-3 20 0.8525 0.1 50 0.65100 20 80 0.48175 3.3x103 120 0.30
ตารางแสดง พารามเตอรทเปลยนไปของทรานซสเตอรแบบซลกอนทอณหภมตาง
BE : DC Biasing BJT 18 of 43
(a) จดทางานทอณหภม 25oC (b) จดทางานทอณหภม 100oC
การเปลยนแปลงจดทางานเมออณหภมเปลยน
02/11/52
BE : DC Biasing BJT 19 of 43
วงจรวงจรอมตเตอรอมตเตอรไบแอสไบแอส ( (EEmittermitter Bias Circuit)Bias Circuit)วงจรม RE ทาหนาทเปนการปอนกลบแบบลบ (Negative Feedback) ของวงจร
ทาใหวงจรมเสถยรภาพสงขน คา β ทเปลยนแปลงไมสงผลตอจดทางานมากนก
Input Resistance ของวงจรจะมคาสง กวาวงจรทไมม RE
BE : DC Biasing BJT 20 of 43
วงจรอนพต (Input Circuit)
จาก KVL VCC = IBRB + VBE + IERE
และIE = (β+1)IB
ดงนนVCC = IBRB + VBE + (β+1)IBRE
IB = VCC-VBE RB+(β+1)RE
02/11/52
BE : DC Biasing BJT 21 of 43
วงจรเอาทพต (Output Circuit)
จาก KVLVCC = IERE + VCE + ICRC
เมอ IE ≅ IC
เพราะฉะนนVCE = VCC - IC(RC + RE)VE = IERE
BE : DC Biasing BJT 22 of 43
จากVCE = VC - VE
ดงนนVC = VCE + VE
VC = VCC - ICRC
จากVB = VCC - IBRB
ดงนนVB = VBE + VE
02/11/52
BE : DC Biasing BJT 23 of 43
การเปลยนแปลงของจดทางานเมอ β เปลยน
การปรบปรงเสถยรภาพของการไบแอส (Bias Stability Improvement)
The Circuit β IB (uA) IC(mA) VCE(V)without RE 50 47.08 2.35 6.83
100 47.08 4.71 1.64with RE 50 47.08 2.35 6.83
100 36.3 3.63 9.11
BE : DC Biasing BJT 24 of 43
จากการทสมการ คา IB ไมขนกบ β ทาให แรงดน VCE ไมเปลยนไป เมอ β เปลยนแปลง
02/11/52
BE : DC Biasing BJT 25 of 43
สภาวะอมตว (Saturation State)เมอทรานซสเตอรนากระแส หรอ ON อยางเตมท แรงดนครอม VCE จะม
คาเปน 0 ทาใหกระแสทไหลผาน C-E มคาเทากบ
BE : DC Biasing BJT 26 of 43
การวเคราะหเสนโหลด (Load-Line Analysis)
การหาเสนโหลด
จดตดแกน Y IICC = = VVCCCC เมอ VCE = 0
RRCC+R+REE
จดตดแกน X VVCECE = V= VCCCC เมอ IC = 0
02/11/52
BE : DC Biasing BJT 27 of 43
วงจรวงจรไบแอสแบบแบงแรงดนไบแอสแบบแบงแรงดน ( (VVoltageoltage--Divider Divider Bias)Bias)วงจรนจะทาใหจดทางาน ถกกระทบนอยมากเมอ β เปลยน จดเปนวงจรทไมขนกบ β
BE : DC Biasing BJT 28 of 43
การวเคราะหหาจดทางานโดยวธแมนตรงใช Thevinin’s Theorem เพอหาวงจรสมมลดานอนพต ทาใหได IB และได
IC และ VCERTh = R1||R2
VTh = R2 VCC(R1+R2)
02/11/52
BE : DC Biasing BJT 29 of 43
โดยใช KVL VTh = IBRTh+VBE + IERE
จาก IE = (β+1)IB
IB = VTH-VBERTH-(β+1)RE
IICC = = ββ IIBB
และVVCECE = V= VCCCC -- IICC(R(RCC+R+REE))
BE : DC Biasing BJT 30 of 43
การคานวณหาจดทางานโดยวธประมาณβRE > 10R2
VB ≅ R2xVCCR1+R2
และVE = VB-VBE
เมอIE = VE/RE
ให IE ≅ IC ดงนนIICC = V= VEE/R/REE
และVVCECE = V= VCCCC--IICC(R(RCC+R+REE))
เมอ Ri = βREจะใชการประมาณไดตอเมอ
Ri
02/11/52
BE : DC Biasing BJT 31 of 43
วงจรไบแอสไฟฟากระแสตรงทมการปอนกลบแรงดนวงจรไบแอสไฟฟากระแสตรงทมการปอนกลบแรงดน (DC BIAS WITH VOLTAGE FEEDBACK)(DC BIAS WITH VOLTAGE FEEDBACK)
BE : DC Biasing BJT 32 of 43
การวเคราะหวงจรอนพต
จาก KVLVCC = I’CRC + IBRB + VBE + IERE
จาก IC = βIBVCC = βIBRC + IBRB + VBE + βIBRE
หรอVCC = VBE + βIB(RC + RE) + IBRB
ดงนนIB = VCC-VBE
RB+β (RC+RE)
02/11/52
BE : DC Biasing BJT 33 of 43
การวเคราะหวงจรเอาทพต
VCC = IERE + VCE + I’CRC
เมอ I’C ≅ IC และ IE ≅ ICVCC = IC(RC + RC) + VCE
และVCE = VCC - IC(RC + RC)
BE : DC Biasing BJT 34 of 43
การปรบปรงเสถยรภาพของวงจร
ให V’ = VCC-VBE
และR’ = RC + RE
จากIB = VCC-VBE
RB+β (RC+RE)
ดงนนIB = V’/(RB+βR’)
และจาก IC = βIBIC = βV’/(RB+βR’)
02/11/52
BE : DC Biasing BJT 35 of 43
ดงนนIC = βV’/βR’
= V'R'
หรอIC = VCC-VBE
RC + RE
** เงอนไขจะเปนจรงกตอเมอβR' >> RB
หรอ β (RE-RC) >> RB
ถา βR' >> RB
จะทาให RB + βR' ≅ βR'
จาก IC = βV’/(RB+βR’)
จากสมการ IC จะไมขนอยกบคา β จงทาใหเสถยรภาพของวงจรดขน
BE : DC Biasing BJT 36 of 43
วงจรสวทชทรานซสเตอรวงจรสวทชทรานซสเตอร ( (TRANSISTOR TRANSISTOR SWITCHING CIRCUIT)SWITCHING CIRCUIT)
02/11/52
BE : DC Biasing BJT 37 of 43
วงจรสวทชแบบอนเวอรเตอร
เมอทรานซสเตอร ONICsat = VCC/RC
ให IB มคามากพอททาให ON เตมทดงนน
IB > ICsat/βDC
ดงนนVi = IBRB-VBE
BE : DC Biasing BJT 38 of 43
ตวอยางจงออกแบบวงจรอนเวอรเตอรทมคา IC = 10 mA โดยท
ทรานซสเตอรมคา βDC เทากบ 100 และวงจรใชแหลงจายแรงดนขนาด 5V
ทรานซสเตอร ON Vi เปน High (Vi = VCC) หาคา RC
ICsat = VCC/RCRC = VCC/ICsat
= 5V/10mA= 500 Ω
วธทา
02/11/52
BE : DC Biasing BJT 39 of 43
หาคา RBIB = ICsat/β
= 10mA/100= 100uA
จากVi = IBRB+VBE5V = (100uA)RB+0.7V
เพราะฉะนน RB = (5-0.7)V/100uA
= 43kΩเพอใหทรานซสเตอร ON อยางเตมทตวตานทาน RB เลอกใชคาทนอยกวาคาคานวณ
BE : DC Biasing BJT 40 of 43
การวเคราะหทรานซสเตอรแบบการวเคราะหทรานซสเตอรแบบ PNP PNP
วงจรอนพตจาก KVL
VCC = IERE-VBE+IBRB
เมอIE = (β+1)IB
ดงนนIB = VCC+VBE
RB+(β+1)RE