Lastlinje (elektronik)

Diodlastlinje. Kurvan visar diodresponsen (I vs V _{D )} medan den räta linjen visar beteendet hos den linjära delen av kretsen: I=(VDD _-VD ) /R. Skärningspunkten ger den faktiska strömmen och spänningen.

I grafisk analys av olinjära elektroniska kretsar är en lastlinje en linje som ritas på den karakteristiska kurvan , en graf över strömmen kontra spänningen i en olinjär enhet som en diod eller transistor . Den representerar den begränsning som den externa kretsen lägger på spänningen och strömmen i den olinjära enheten. Lastlinjen, vanligtvis en rät linje, representerar svaret från den linjära delen av kretsen, ansluten till den olinjära enheten i fråga. Punkterna där den karakteristiska kurvan och lastlinjen skär varandra är kretsens möjliga arbetspunkt(er) ( Q-punkter ). vid dessa punkter matchar ström- och spänningsparametrarna för båda delarna av kretsen.

Exemplet till höger visar hur en lastledning används för att bestämma ström och spänning i en enkel diodkrets . Dioden, en olinjär enhet, är i serie med en linjär krets bestående av ett _motstånd , R och en spänningskälla , VDD . Den karakteristiska kurvan (böjd linje) , som representerar strömmen I genom dioden för varje given spänning över dioden _Vd , är en exponentiell kurva. Lastlinjen (diagonal linje) , som representerar förhållandet mellan ström och spänning på grund av Kirchhoffs spänningslag applicerad på motståndet och spänningskällan, är

$V_{D}=V_{DD}-IR\,$

Eftersom samma ström flyter genom vart och ett av de tre elementen i serie, och spänningen som produceras av spänningskällan och motståndet är spänningen över diodens terminaler, kommer kretsens arbetspunkt att vara i skärningspunkten mellan kurvan och Lastlinje.

I en krets med en enhet med tre terminaler, såsom en transistor , beror ström-spänningskurvan för kollektor-emitterströmmen på basströmmen. Detta avbildas på grafer av en serie (I _C –V _CE ) kurvor vid olika basströmmar. En belastningslinje ritad på denna graf visar hur basströmmen kommer att påverka kretsens arbetspunkt.

Lastlinjer för vanliga konfigurationer

Transistorlastlinje

Lastlinjediagrammet till höger är för en resistiv last i en gemensam emitterkrets . Lastlinjen visar hur kollektorns belastningsmotstånd (RL ₎ begränsar kretsens spänning och ström. Diagrammet plottar också transistorns kollektorström I _C kontra kollektorspänning V _CE för olika värden på basström I _bas . Skärningspunkterna mellan lastlinjen och transistorns karakteristiska kurvor representerar de kretsbegränsade värdena för I _C och V _CE vid olika basströmmar.

Om transistorn kunde passera all tillgänglig ström, utan att någon spänning föll över den, skulle kollektorströmmen vara matningsspänningen _VCC över _RL . Detta är den punkt där lastlinjen korsar den vertikala axeln. Även vid mättnad kommer det dock alltid att finnas någon spänning från kollektor till emitter.

Där lastlinjen korsar den horisontella axeln är transistorströmmen minimal (ungefär noll). Transistorn sägs vara avstängd och bara passera en mycket liten läckström, och så nästan hela matningsspänningen visas som _VCE .

Arbetspunkten för kretsen i denna konfiguration (märkt Q) är generellt utformad för att vara i det aktiva området , ungefär i mitten av belastningslinjen för förstärkarapplikationer . Att justera basströmmen så att kretsen är vid denna arbetspunkt utan att någon signal appliceras kallas att förspänna transistorn . Flera tekniker används för att stabilisera arbetspunkten mot mindre förändringar i temperatur eller transistordriftsegenskaper. När en signal appliceras varierar basströmmen, och kollektor-emitterspänningen varierar i sin tur efter belastningslinjen - resultatet är ett förstärkarsteg med förstärkning.

En lastlinje dras normalt på Ic _- Vce _- karakteristikkurvor för transistorn som används i en förstärkarkrets. Samma teknik tillämpas på andra typer av icke-linjära element som vakuumrör eller fälteffekttransistorer .

DC- och AC-lastledningar

Halvledarkretsar har vanligtvis både likströms- och växelströmsströmmar i sig, med en likströmskälla för att förspänna den olinjära halvledaren till rätt arbetspunkt, och växelströmssignalen överlagrad på likströmmen. Lastledningar kan användas separat för både DC- och AC-analys. DC-belastningslinjen är belastningslinjen för den ekvivalenta DC-kretsen , definierad genom att reducera de reaktiva komponenterna till noll (ersätta kondensatorer med öppna kretsar och induktorer med kortslutning). Den används för att bestämma rätt DC-driftpunkt, ofta kallad Q-punkten .

När väl en DC-driftpunkt har definierats av DC-lastlinjen kan en AC-lastlinje dras genom Q-punkten. AC-belastningslinjen är en rät linje med en lutning lika med AC- impedansen som är vänd mot den olinjära enheten, som i allmänhet skiljer sig från DC-resistansen. Förhållandet mellan AC-spänning och ström i enheten definieras av denna linje. Eftersom impedansen för de reaktiva komponenterna kommer att variera med frekvensen, beror lutningen på AC-lastledningen på frekvensen för den applicerade signalen. Så det finns många AC-lastlinjer, som varierar från DC-lastlinjen (vid låg frekvens) till en begränsande AC-lastlinje, alla har en gemensam skärningspunkt vid DC-driftpunkten. Denna begränsande belastningslinje, allmänt kallad AC-belastningslinjen , är belastningslinjen för kretsen vid "oändlig frekvens", och kan hittas genom att ersätta kondensatorer med kortslutningar och induktorer med öppna kretsar.