Domine a Linha de Carga BJT: Guia Claro para Amplificação e Comutação de Transistores

Uma linha de carga BJT, ou Transistor de Junção Bipolar, fornece tanto eletrões como lacunas de eletrões como portadores de carga. Permitiu que uma pequena corrente fosse injetada num dos seus terminais. Pode então controlar uma corrente maior fluindo entre dois terminais. Dispositivos com esta característica podem amplificar ou comutar sinais.

A linha de carga BJT é um transistor que atua como um interruptor para um circuito digital. Funciona como um amplificador em circuitos analógicos também. No geral, este transistor ajudá-lo-á a ligar e desligar um interruptor.

Abaixo, veremos diferentes tipos de linhas de carga e como determinar o ponto Q no seu gráfico. Bem como dar resposta a decisões de design e diferentes designs de placas.

1. O que é uma linha de carga em BJT?

https://en.wikipedia.org/wiki/Load_line_(electronics)#/media/File:Load_line_diode.png

(Linha de carga de diodo. O ponto de interseção dá a corrente e tensão reais.)

Uma linha de carga é uma linha reta desenhada nas características de saída do transistor.

Representa graficamente um circuito eletrónico não linear para determinar a sua linha de carga. Como a linha indica, dispositivos não lineares como diodos ou transistores podem impor restrições a outras partes de um circuito. A presença de uma corrente de base ligará a junção coletor-emissor. Por sua vez, permitindo que uma corrente de coletor flua através.

Na linha de carga, pode ver a relação entre corrente e tensão na parte linear do circuito e no laço.

2. Linha de Carga do Transistor

https://en.wikipedia.org/wiki/Load_line_(electronics)#/media/File:BJT_CE_load_line.svg

(Diagrama de Linha de Carga)

O diagrama de linha de carga no topo é para uma carga resistiva num circuito de emissor comum. Destaca como o resistor de carga do coletor, RL, restringe a corrente e tensão do circuito. Para cada valor de Ibase, a corrente indutiva do coletor do transistor, IC, plotada versus a sua tensão coletor-emissor, VCE. As interseções da linha de carga e das curvas características do transistor representam valores de IC e VCE restringidos pelo circuito em diferentes correntes de base. É importante notar que a localização da sua análise de linha de carga e posicionamento está no IC.

Se o transistor pudesse passar toda a corrente disponível, sem queda de tensão através dele, a corrente de coletor seria igual à tensão de alimentação, VCC, sobre RL. É neste ponto que a linha de carga cruza o eixo vertical. No entanto, alguma tensão sempre existirá entre coletor e emissor, mesmo em saturação.

A corrente do transistor é mínima 0 quando a linha de carga cruza o eixo horizontal. Como resultado, toda a tensão de alimentação aparece como VCE, com quase nenhuma corrente de fuga a passar através do transistor.

3. Linhas de Carga DC e AC

https://en.wikipedia.org/wiki/Semiconductor#/media/File:Semiconductor_outlines.jpg

(Contorno de semicondutor)

Em circuitos semicondutores, adiciona-se o sinal CA de entrada no DC para polarizar o semicondutor não linear no ponto de operação correto, e o DC ajuda a polarizar o semicondutor não linear. É possível usar linhas de carga separadas para análise de DC e AC.

À medida que reduz os componentes reativos a zero, a linha de carga DC é um circuito equivalente DC. Permite que circuitos abertos substituam capacitores e curtos-circuitos substituam indutores. Um ponto de operação DC, também conhecido como ponto Q, determina o ponto correto de operação DC.

Ao criar fluxo de corrente da linha de carga AC através do ponto Q, pode definir o ponto de operação DC. Esta linha representa a carga AC no dispositivo, onde a inclinação corresponde à impedância AC enfrentada pelo dispositivo, que é geralmente diferente da resistência DC.

Pode determinar a relação tensão-corrent AC do dispositivo por esta linha.

4. Métodos de Análise de Linha de Carga BJT e Análise do Ponto Q

(Uma equação de uma linha de carga)

Usando a interseção da linha de carga e das características do dispositivo, pode determinar o ponto de operação ou o ponto Q. Pode chamar a este tipo de análise uma análise de linha de carga. Para encontrar o ponto Q, precisa de usar a lei de tensão de Kirchhoff.

Análise DC

Precisará de fazer uma análise DC para encontrar o ponto Q. Exclui todas as fontes de tensão AC de uma análise DC, pois as fontes de tensão AC são fontes de tensão AC. A análise DC foca-se exclusivamente em fontes DC. Devido à sua natureza aberta, remove todos os capacitores em circuitos DC. Pode encontrar todos os componentes antes e depois dos capacitores, incluindo o resistor, Rs, do circuito do transistor. Isto ajudará o diodo a permanecer numa região ativa. Lembre-se que não há sinal de entrada no terminal de base.

Para um projeto PCB: O Design de Layout PCB permite que uma placa de circuito de alta velocidade funcione no seu ideal, mas requer uma vasta compreensão de integridade de sinal, fundamentos de integridade de potência e melhores práticas de layout. Isto ajudá-lo-á a evitar os erros de design mais caros para a sua placa PCB.

Tensão máxima coletor-emissor e corrente máxima de coletor

Para resolver esta parte da equação, precisa de olhar para o eixo de tensão coletor-emissor. Se olhar para a curva da região de saturação das curvas de coletor, encontrará a corrente máxima coletor-emissor do circuito. A interseção da curva no corte da região da curva de coletor dir-lhe-á a tensão máxima coletor-emissor do circuito específico para o qual está a fazer a equação.

Encontrar o swing máximo de tensão de saída simétrica

Quando quiser encontrar o swing máximo de tensão de saída simétrica, precisa de usar a linha de carga AC e determinar o quão longe o IC varia do ponto Q real antes dos limites das regiões lineares.

Pegando na amplitude máxima de corrente de saída e multiplicando-a pela resistência de carga resistiva, o swing máximo possível de tensão de saída simétrica será a amplitude máxima de corrente de saída potencial.

(Mudanças nos pontos Q sob diferentes parâmetros de circuito)

Considerações Finais

Para resumir tudo, uma linha de carga BJT também é conhecida como Transistor de Junção Bipolar. No eixo Y aparecerá a corrente de coletor no máximo. Em outras palavras, este é o ponto de saturação. No eixo X, a tensão máxima coletor-emissor é mostrada quando uma figura é calculada para ela.

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