Amplifiers-methods-of-transistor-biasing
トランジスタバイアスの方法
トランジスタ回路のバイアスは、2つのDCソースV〜BB〜とV〜CC〜を使用して行われます。 DC電源を2つではなく1つの電源に最小化することは経済的であり、これも回路を単純にします。
トランジスタバイアスの一般的に使用される方法は
- ベース抵抗法
- コレクターからベースへのバイアス
- コレクター帰還抵抗によるバイアス
- 分圧器バイアス
これらの方法はすべて、ゼロ信号条件でV〜CC〜からI〜B〜およびI〜C〜の必要な値を取得するという同じ基本原理を持っています。
ベース抵抗法
この方法では、名前が示すように、高抵抗の抵抗器R〜B〜がベースに接続されます。 必要なゼロ信号ベース電流は、R〜B〜を流れるV〜CC〜によって提供されます。 ベースはエミッタに対して正であるため、ベースエミッタ接合は順方向にバイアスされます。
ベース抵抗RBの適切な値を選択することにより、ゼロ信号ベース電流の必要な値、したがってコレクタ電流（I〜C〜=βI〜B〜）を流すことができます。 したがって、R〜B〜の値は既知です。 下の図は、バイアス回路のベース抵抗方式がどのように見えるかを示しています。
I〜C〜を必要なゼロ信号コレクター電流とします。 したがって、
I_B = \ frac \ {I_C} \ {\ beta}
キルヒホフの電圧則を適用しながら、V〜CC〜、ベース、エミッタ、およびグランドからの閉回路を考慮すると、
V _ \ {CC} = I_B R_B + V _ \ {BE}
Or
I_B R_B = V _ \ {CC}-V _ \ {BE}
だから
R_B = \ frac \ {V _ \ {CC}-V _ \ {BE}} \ {I_B}
V〜BE〜は一般にV〜CC〜と比較して非常に小さいため、前者はほとんどエラーなく無視できます。 その後、
R_B = \ frac \ {V _ \ {CC}} \ {I_B}
V〜CC〜は既知の固定量であり、I〜B〜は何らかの適切な値で選択されることがわかっています。 R〜B〜は直接見つけることができるため、このメソッドは*固定バイアスメソッド*と呼ばれます。
安定係数
S = \ frac \ {\ beta + 1} \ {1-\ beta \ left（\ frac \ {d I_B} \ {d I_C} \ right）}
バイアスの固定バイアス法では、I〜B〜はI〜C〜から独立しているため、
\ frac \ {d I_B} \ {d I_C} = 0
前の式に上記の値を代入すると、
安定係数、$ S = \ beta + 1 $
したがって、固定バイアスの安定係数は（β+ 1）であり、これはI〜C〜がI〜CO〜の変化の（β+ 1）倍変化することを意味します。
利点
- 回路は簡単です。
- 抵抗R〜E〜は1つだけ必要です。
- バイアス条件は簡単に設定できます。
- ベース-エミッタ接合に抵抗がないため、負荷効果はありません。
デメリット
- 熱の発生を止めることができないため、安定化は不十分です。
- 安定係数は非常に高いです。 そのため、熱暴走の可能性が高くなります。
したがって、この方法はほとんど使用されません。
コレクターからベースへのバイアス
コレクターからベースへのバイアス回路は、以下の図に示すように、ベース抵抗R〜B〜がV〜CC〜電源ではなくコレクターに戻ることを除いて、ベースバイアス回路と同じです。
この回路は、安定性を大幅に改善するのに役立ちます。 I〜C〜の値が増加すると、R〜L〜の両端の電圧が増加するため、V〜CE〜も増加します。 これにより、ベース電流I〜B〜が減少します。 このアクションは、元の増加をいくらか補償します。
ゼロ信号コレクタ電流I〜C〜を与えるために必要なR〜B〜の必要な値は、次のように計算できます。
R〜L〜での電圧降下は
R_L =（I_C + I_B）R_L \ cong I_C R_L
図から、
I_C R_L + I_B R_B + V _ \ {BE} = V _ \ {CC}
Or
I_B R_B = V _ \ {CC}-V _ \ {BE}-I_C R_L
だから
R_B = \ frac \ {V _ \ {CC}-V _ \ {BE}-I_C R_L} \ {I_B}
Or
R_B = \ frac \ {（V _ \ {CC}-V _ \ {BE}-I_C R_L）\ beta} \ {I_C}
KVLの適用
（I_B + I_C）R_L + I_B R_B + V _ \ {BE} = V _ \ {CC}
Or
I_B（R_L + R_B）+ I_C R_L + V _ \ {BE} = V _ \ {CC}
だから
I_B = \ frac \ {V _ \ {CC}-V _ \ {BE}-I_C R_L} \ {R_L + R_B}
V〜BE〜はコレクタ電流にほとんど依存しないため、
\ frac \ {d I_B} \ {d I_C} =-\ frac \ {R_L} \ {R_L + R_B}
私達はことを知っています
S = \ frac \ {1 + \ beta} \ {1-\ beta（d I_B/d I_C）}
だから
S = \ frac \ {1 + \ beta} \ {1 + \ beta \ left（\ frac \ {R_L} \ {R_L + R_B} \ right）}
この値は、固定バイアス回路で得られる（1 +β）よりも小さいです。 したがって、安定性が向上します。
この回路は、アンプのゲインを下げる負帰還を提供します。 そのため、コレクタからベースへのバイアス回路の安定性が向上しますが、AC電圧ゲインが犠牲になります。
コレクター帰還抵抗によるバイアス
この方法では、ベース抵抗R〜B〜は、その名前が示すように、一端がベースに接続され、他端がコレクタに接続されています。 この回路では、ゼロ信号ベース電流はV〜CC〜ではなくV〜CB〜によって決定されます。
V〜CB〜がベース-エミッタ接合に順方向バイアスをかけているため、ベース電流I〜B〜がR〜B〜を流れることは明らかです。 これにより、回路にゼロ信号コレクタ電流が流れます。 次の図は、コレクタフィードバック抵抗回路によるバイアスを示しています。
ゼロ信号電流I〜C〜を与えるために必要なR〜B〜の必要な値は、次のように決定できます。
V _ \ {CC} = I_C R_C + I_B R_B + V _ \ {BE}
Or
R_B = \ frac \ {V _ \ {CC}-V _ \ {BE}-I_C R_C} \ {I_B}
= \ frac \ {V _ \ {CC}-V _ \ {BE}-\ beta I_B R_C} \ {I_B}
$ I_C = \ beta I_B $なので
あるいは
V _ \ {CE} = V _ \ {BE} + V _ \ {CB}
Or
V _ \ {CB} = V _ \ {CE}-V _ \ {BE}
から
R_B = \ frac \ {V _ \ {CB}} \ {I_B} = \ frac \ {V _ \ {CE}-V _ \ {BE}} \ {I_B}
どこで
I_B = \ frac \ {I_C} \ {\ beta}
数学的には、
安定係数、$ S <（\ beta + 1）$
したがって、この方法は固定バイアスよりも優れた熱安定性を提供します。
回路のQポイント値は次のように表示されます
I_C = \ frac \ {V _ \ {CC}-V _ \ {BE}} \ {R_B/\ beta + R_C}
V _ \ {CE} = V _ \ {CC}-I_C R_C
利点
- 必要な抵抗は1つだけなので、回路は単純です。
- この回路は、変更を少なくするための安定化を提供します。
デメリット
- 回路は良好な安定化を提供しません。
- 回路は負帰還を提供します。
分圧器バイアス方式
バイアスと安定化を提供するすべての方法の中で、*分圧器バイアス方法*は最も顕著な方法です。 ここでは、V〜CC〜に接続され、バイアスを提供する2つの抵抗R〜1〜およびR〜2〜が使用されます。 エミッタで使用される抵抗R〜E〜は安定化を提供します。
分圧器の名前は、R〜1〜とR〜2〜によって形成される分圧器に由来します。 R〜2〜での電圧降下により、ベース-エミッタ接合が順方向にバイアスされます。 これにより、ベース電流が発生するため、ゼロ信号状態でコレクタ電流が流れます。 下図に、分圧器バイアス方式の回路を示します。
抵抗R〜1〜を流れる電流がI〜1〜であると仮定します。 ベース電流I〜B〜は非常に小さいため、R〜2〜を流れる電流もI〜1〜であると合理的な精度で仮定できます。
次に、コレクタ電流とコレクタ電圧の式を導き出してみましょう。
コレクタ電流、I〜C〜
回路から、それは明らかです、
I_1 = \ frac \ {V _ \ {CC}} \ {R_1 + R_2}
したがって、抵抗R〜2〜の両端の電圧は
V_2 = \ left（\ frac \ {V _ \ {CC}} \ {R_1 + R_2} \ right）R_2
キルヒホッフの電圧則を基本回路に適用し、
V_2 = V _ \ {BE} + V_E
V_2 = V _ \ {BE} + I_E R_E
I_E = \ frac \ {V_2-V _ \ {BE}} \ {R_E}
I〜E〜≈I〜C〜なので、
I_C = \ frac \ {V_2-V _ \ {BE}} \ {R_E}
上記の式から、I〜C〜はβに依存しないことが明らかです。 V〜BE〜は非常に小さいため、I〜C〜はV〜BE〜の影響を受けません。 したがって、この回路のI〜C〜はトランジスタのパラメータにほとんど依存せず、したがって良好な安定化が達成されます。
コレクターエミッター電圧、V〜CE〜
キルヒホッフの電圧則をコレクター側に適用し、
V _ \ {CC} = I_C R_C + V _ \ {CE} + I_E R_E
I〜E〜≅I〜C〜
= I_C R_C + V _ \ {CE} + I_C R_E
= I_C（R_C + R_E）+ V _ \ {CE}
したがって、
V _ \ {CE} = V _ \ {CC}-I_C（R_C + R_E）
R〜E〜は、この回路で優れた安定化を提供します。
V_2 = V _ \ {BE} + I_C R_E
温度が上昇し、コレクタ電流I〜C〜が減少すると、R〜E〜での電圧降下が増加するとします。 R〜2〜での電圧降下はV〜2〜であり、I〜C〜とは無関係であるため、V〜BE〜の値は減少します。 I〜B〜の値を小さくすると、I〜C〜が元の値に戻る傾向があります。
安定係数
この回路の*安定係数*の式は次のように得られます。
安定係数= $ S = \ frac \ {（\ beta + 1）（R_0 + R_3）} \ {R_0 + R_E + \ beta R_E} $
=（\ beta + 1）\ times \ frac \ {1 + \ frac \ {R_0} \ {R_E}} \ {\ beta + 1 + \ frac \ {R_0} \ {R_E}}
どこで
R_0 = \ frac \ {R_1 R_2} \ {R_1 + R_2}
比率R〜0〜/R〜E〜が非常に小さい場合、R0/REは1と比較して無視でき、安定係数は次のようになります。
安定係数= $ S =（\ beta + 1）\ times \ frac \ {1} \ {\ beta + 1} = 1 $
これはSの最小値であり、最大の熱安定性につながります。
