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

02/11/52

BE : DC Biasing BJT 41 of 43

วงจรเอาทพตจาก KVL

VCC = IERE-VCE+ICRC

เมอ IE ≅ IC

ดงนนVCE = - VCC+IC(RC+RE)

BE : DC Biasing BJT 42 of 43