ใบความรู้หน่วยที่ 8 เทคนิคการไบแอสทรานซิสเตอร์ และวงจรเร็กกูเลเตอร์

บทที่ 8 เทคนคิ การไบแอสทรานซิสเตอรแ์ ละวงจรเร็กกเู ลเตอร์8.1 บทนา จากการทเ่ี ราได้นาวงจรอิมติ เตอร์รว่ ม มาใช้สาหรับการขยายสญั ญาณและใชง้ านในวงจรสวิตช่งิ สิง่ ท่คี วรศึกษาเพมิ่ เตมิ คือ การจัดวงจรของทรานซสิ เตอร์ใหเ้ หมาะสมตรงกับความตอ้ งการใช้งาน เชน่ การเลอื กค่าตวัตา้ นทานท่เี หมาะสมเพ่ือนามาใช้จากัดคา่ กระแสเบสการคานวณหาคา่ ความต้านทานทจี่ ะนามาตอ่ อนุกรมกับขาอมิ ติ เตอร์ เพื่อทาการรกั ษาจุดทางานของวงจรไม่ให้คลาดเคลอ่ื น หรือคลาดเคล่อื นไปจากเดมิ ใหน้ ้อยท่ีสุด8.2 เทคนคิ การไบแอสทรานซิสเตอร์ เราสามารถจัดวงจรไบแอสทรานซิสเตอรเ์ พอ่ื ใช้งาน โดยลดความยุ่งยากของวงจรและการใช้อปุ กรณ์ให้นอ้ ยลง เช่น ใชแ้ บตเตอร่เี พียงตวั เดียวสาหรับไบแอสวงจร ซ่งึ ในท่ีนี้เราสามารถจัดรปู แบบการไบแอสทรานซสิ เตอร์ได้ 3 รูปแบบ ดังน้ี 1. ไบแอสคงที่ (Fixed bias)รปู ท่ี 8.1 วงจรไบแอสคงท่ี (Fixed bias)จากวงจรรปู ที่ 8.1 สัญญาณอินพุตคือสัญญาณจากภายนอกท่ีมีคลนื่ ความถจี่ ะผ่านเข้ามาสูว่ งจรภายในเพอื่ ให้ทรานซสิ เตอร์ Q1 ทาหน้าทีข่ ยายสญั ญาณและสง่ ต่อไปยังเอาต์พุต โดยมี C1 รับสญั ญาณอินพตุ เขา้ มาและC2 ใหส้ ญั ญาณผ่านออกไปทางเอาต์พุต C1 และ C2 ทาหนา้ ที่ Coupling หรอื เชื่อมต่อสัญญาณท่มี ีความถ่ีขณะเดยี วกันจะกนั้ ไฟตรงจากภายนอกและภายในวงจร ไมใ่ ห้ผ่านเขา้ หรือออกจากวงจรเมื่อพิจารณาวงจรในรูปที่ 8.1 จะเห็นวา่ Q1 เปน็ ทรานซสิ เตอรช์ นิด NPN มีอัตราขยายกระแส () = 70และถ้าต้องการใหม้ ี IC = 7 mA, VCE = 7 V โดยมีแบตเตอรี่แหลง่ จา่ ยของวงจรทีม่ ีขนาด 12 V เราสามารถคานวณหาคา่ RB และ RL ของวงจรไดด้ ังน้ีจาก IC = IB IC IB =  = 7 mA 70 = 0.1 mA

พจิ ารณาความสมั พันธ์ของวงจรด้านเอาต์พตุ จะเห็นได้ว่า ค่าแรงดันตกคร่อมจากแหลง่ จา่ ย VCC = VRL +VCE นั่นคือ VCC = VCE + VRL = VCE + IC  RL …………………………………..(8.1) VCC-VCE  RL = 12ICV  7 ………………………..……………………..(8.2) = 7 mA V = 0.7143 k = 714.3 พจิ ารณาในทานองเดยี วกันจะไดค้ วามสมั พนั ธ์ดา้ นอนิ พุตคอื แหล่งจ่ายVCC = แรงดนั ตกคร่อม RB + VBE VCC = VRB + VBE = IB  RB + VBE …………………………………..(8.3) VCC - VBE …………………………………..(8.4) RB = 12 VIB-0.7 V = 0.1 mA = 113 k2. วงจรไบแอสตัวเอง (Self bias or Voltage feedback bias)รูปท่ี 8.2 วงจรไบแอสตวั เอง (Self bias or Voltage feedback bias)ลกั ษณะของวงจรในรูปท่ี 8.2 จะต่างจากวงจรไบแอสคงทโี่ ดยกระแสไหลผา่ น RL จะไม่ใช่ IC แตจ่ ะมีค่าเท่ากับ IC + IB ซึ่งกค็ ือ IB น่นั เอง เม่ือพิจารณาวงจรตามรูปที่ 8.2 ทว่ี งจรมแี หล่งจา่ ย Q1 เปน็ NPN ทรานซิสเตอร์มีอัตราขยายกระแส () = 250, VCE = 6V ถา้ หากวา่ ต้องการใหว้ งจรมี IC = 25 mA เราสามารถคานวณหาค่า RBและ RL ของวงจรไดด้ ังนี้ IC β จาก IB =

= 25 mA 250 = 0.1 mAพจิ ารณาความสัมพนั ธ์ของวงจรดา้ นเอาต์พตุ จะได้แหล่งจา่ ย VCC = แรงดันตกครอ่ ม RL + VCE …………………………………..(8.5) VCC = VRL + VCE …………………………………..(8.6) = (IC + IB) RL + VCE RL = VCC  VCE 12 V -6 V = 25 mA+0.1 mA = 0.239 k = 239 พิจารณาความสัมพนั ธด์ ้านอินพุตจะได้แรงดนั ตกคร่อมขา CE = แรงดนั ตกคร่อม RB + VBE VCE = VRB + VBE = IB  RB + VBE …………………………………..(8.7) VCE - VBERB = 6 V I-B0.7 V …………………………………..(8.8) = 0.1 mA = 53 kอยา่ งไรก็ตามการไบแอสดว้ ยวธิ ีน้ี เสถยี รภาพของวงจร (Stability) คอ่ นขา้ งตา่ กวา่ แบบทใี่ หไ้ บแอสคงท่ีเพราะถ้าแรงเคลือ่ นไฟฟา้ ที่ขาคอลเลคเตอร์เปลี่ยนแปลง จะทาให้แรงเคล่ือนไบแอสทเี่ บสเปลยี่ นแปลงตามไปด้วยโดยเฉพาะถา้ เปน็ สัญญาณเสียงเขา้ มา แรงเคลอ่ื นทค่ี อลเลคเตอร์จะเปล่ยี นไปตามสญั ญาณเสยี ง จึงนบั ได้ว่าวงจรแบบนีเ้ ป็นวงจรท่ีมเี สถียรภาพต่า (Low stability)3. วงจรไบแอสแบบเสถยี รภาพ (Stabilized bias or Voltage divider bias)รปู ท่ี 8.3 วงจรไบแอสแบบเสถียรภาพ (Stabilized bias or Voltage divider bias)

จากรปู ที่ 8.3 วงจรชนดิ น้ีจะใหเ้ สถยี รภาพดีกวา่ 2 ชนิดแรก โดย R1 และ R2 จะทาหน้าท่ีไบแอสเบสแรงดันท่ีตกครอ่ ม R1 และ R2 จะปกติแมว้ ่าวงจรทรานซิสเตอรจ์ ะทางานหรือไม่ก็ตาม RE ถูกนามาตอ่ เพ่ือแก้ไขผลเสียอนั เน่อื งมาจากการเปลย่ี นของอุณหภูมิ เพ่ือใหเ้ อาต์พุตมีคา่ แรงดันที่ค่อนข้างคงท่ี ส่วน CE เรียกว่าตวั เกบ็ ประจุบายพาส (By pass) คือจะเป็นทางผา่ นของสัญญาณคลนื่ ความถ่ใี ห้ไปครบวงจรได้อย่างสะดวกรวดเรว็ โดยจะไม่ไปปะปนกบั แรงดันไฟตรงทต่ี กคร่อม REอยา่ งไรก็ตามมีเง่ือนไขข้อกาหนดสาหรบั วงจรนี้ ทคี่ วรทราบคือ 1 1. ให้ VE = 10 VCC 2. ให้ I2 = 10  IBดังน้นั จากวงจรรปู ท่ี 8.3 ปรากฏขอ้ มลู คือแหลง่ จ่าย VCC = 12 V, VCE = 7 V, Q1 เปน็ ทรานซสิ เตอร์ NPN มี = 150 ต้องการ IC = 15 mA เราสามารถหาคา่ R1, R2, RL และ RE ได้ดังนี้ ICจาก IB = β = 15 mA 150 = 0.1 mA 1 ให้ VE = 110 VCC = 10  12 = 1.2 V VE RE = IC+ IB1.2 V = 15 mA+0.1 mA = 0.07947 k  80 พจิ ารณาความสัมพันธ์ของวงจรดา้ นเอาต์พตุ จะได้ VCC = VRL + VCE + VE = IC  RL + VCE + VE …………………………………..(8.9) VCC -VCE - VE …………………………………..(8.10) RL = 12 V -I7C V -1.2 = 15 mA V = 0.2533 k = 253.3  แรงดันตกคร่อม R2 = VB …………………………………..(8.11) VB = VE + VBE = 1.2 + 0.7 = 1.9 V

ให้ I2 = 10 IB = 10  0.1 mA = 1mA VB 1.9 V  R2 = I2 = 1 mA = 1.9 k I1 = IB + I2 = 0.1 mA + 1mA = 1.1 mAพิจารณาความสมั พนั ธ์ของวงจรดา้ นอนิ พุตจะได้ VCC = VR1 + VB = I1  R1 + VB …………………………………..(8.12) VCC  VB  R1 = 12VI1-1.9V = 1.1 mA = 9.18 k8.3 วงจรเร็กกูเลเตอร์การนาทรานซสิ เตอร์มาใช้งานในวงจรเร็กกเู รเตอร์ ตอ้ งใชง้ านรว่ มกบั ซีเนอร์ไดโอด แตส่ ิ่งทแ่ี ตกต่างออกไป คือ วงจรจะสามารถจ่ายกระแสให้กบั โหลดไดม้ ากข้ึนตามอตั ราขยายหรอื พิกดั กระแสของทรานซสิ เตอร์แบ่งพิจารณาได้ดังน้ี1. วงจรเร็กกเู ลเตอร์แบบคา่ คงท่ีรูปที่ 8.4 วงจรเร็กกูเลเตอร์แบบคา่ คงท่ีจากวงจรรูปท่ี 8.4 จะเห็นว่า Vin = VR1 + VD1 + VZD1 แต่ VD1 + VZD1 = VBE + VO  VO = VD1 + VZD1  VBE …………………………………..(8.13) = 0.7 V + 12 V  0.7 V = 12 V

จะเหน็ ว่าแรงดันเอาตพ์ ุตท่ีได้จะมีคา่ คงที่ท่ี 12 V และไดโอด D1 ถกู ต่อไบแอสตรงอนุกรมกับ ZD1 เพือ่ชดเชยแรงดนั ให้กบั ขา BE ของทรานซิสเตอร์ 2. วงจรเร็กกเู ลเตอร์แบบปรับคา่ ได้ รูปที่ 8.5 วงจรเรก็ กเู ลเตอร์ปรับค่าได้ 0 – 12 Vจากรปู ท่ี 8.5 ถา้ ปรับ VR1 ใหแ้ รงดันตกครอ่ ม VR1 = VD1 + VZD1จะได้ VVR1 = VBE + V2 12.7 V = 0.7 V + V2  V2 = 12.7 V  0.7 V = 12 แต่ V2 = VO  VO = 12 V ทานองเดยี วกนั ถ้าทาการปรบั VR1 ให้ลงมาถึงดา้ นล่างสดุ จะทาให้ขาเบสของ Q1 ไมม่ ีกระแสไบแอสดงั นัน้ ค่าแรงดัน เน่ืองจากทรานซสิ เตอร์ Q1 ไม่นากระแส เราจงึ สามารถปรบั ค่าแรงดนั เอาต์พุตไดต้ ั้งแต่ 0  12V โดยการปรับตัวต้านทานปรับค่าได้ VR1 น่ันเอง