Când doriți să proiectați circuite cu tranzistoare bipolare, trebuie să știți cum să le polarizați. Biasing este aplicarea electricității unui tranzistor într-un mod specific pentru a face tranzistorul să funcționeze așa cum doriți. Există, în principal, cinci clase de amplificatoare - Clasa A, Clasa B, Clasa AB, Clasa C și Clasa D. În acest articol ne vom concentra asupra polarizării tranzistorului într-o configurație comună a emițătorului pentru funcționarea amplificatorului de frecvență audio liniară, liniar semnalul de ieșire este același cu cel de intrare, dar amplificat.
Cele elementare
Pentru ca un tranzistor obișnuit de siliciu să funcționeze în modul activ (utilizat în majoritatea circuitelor amplificatorului), baza trebuie să fie conectată la o tensiune de cel puțin 0,7 V (pentru dispozitivele cu siliciu) mai mare decât emițătorul. După aplicarea acestei tensiuni tranzistorul pornește și curentul colectorului începe să curgă, cu o cădere de 0,2V la 0,5V între colector și emițător. În modul activ, curentul colectorului este aproximativ egal cu curentul de bază ori câștigul de curent (hfe, β) al unui tranzistor.
Ib = Ic / hfe Ic = Ib * hfe
Acest proces este inversat în tranzistorul PNP, se oprește din conducere atunci când se aplică o anumită tensiune la baza sa. Aflați mai multe despre tranzistorul NPN și tranzistorul PNP aici.
S-a remediat prejudecata
Cea mai simplă modalitate de a polariza un BJT este prezentată în figura de mai jos, R1 asigură polarizarea bazei și ieșirea este luată între R2 și colector printr-un condensator de blocare DC, în timp ce intrarea este alimentată la bază printr-un condensator de blocare DC. Această configurație trebuie utilizată numai în preamplificatoare simple și niciodată în trepte de ieșire a puterii, mai ales cu difuzoare în loc de R2.
Pentru a influența tranzistorul, trebuie să cunoaștem tensiunea de alimentare (Ucc), tensiunea de bază a emițătorului (Ube, 0,7V pentru siliciu, 0,3 pentru tranzistoarele de germaniu), curentul de bază necesar (Ib) sau curentul colectorului (Ic) și câștigul curent al tranzistorului (hfe, β).
R1 = (Ucc - Ube) / Ib R1 = (Ucc - Ube) / (Ic / hfe)
Valoarea lui R2 pentru câștig și distorsiune optime poate fi estimată prin împărțirea tensiunii de alimentare la curentul colectorului. Câștigul amplificatorului cu această valoare R2 este mare, în jurul valorii câștigului curent al tranzistorului (hfe, β). După adăugarea unei sarcini la ieșire, cum ar fi un difuzor sau următoarea etapă de amplificare, tensiunea de ieșire va scădea din cauza R2 și sarcina va acționa ca un divizor de tensiune. Se recomandă ca impedanța de încărcare sau impedanța de intrare a etapei următoare să fie de cel puțin 4 ori mai mare decât R2. Condensatoarele de cuplare ar trebui să furnizeze mai puțin de 1/8 impedanța de încărcare sau impedanța de intrare din etapa următoare la cea mai mică frecvență de funcționare.
Divergența divizorului de tensiune / Auto-prejudecată
Figura de mai jos este cea mai utilizată configurație de polarizare, este stabilă la temperatură și oferă un câștig și o liniaritate foarte bune. În amplificatoarele RF R3 poate fi înlocuit cu un sufocator RF. În plus față de un rezistor de bază unic (R1) și rezistor de colector (R3), avem un rezistor de bază suplimentar (R2) și un rezistor de emițător (R4). R1 și R2 formează un divizor de tensiune și, împreună cu căderea de tensiune pe R4, se setează la tensiunea de bază (Ub) a circuitului. Calculele sunt mai complicate, datorită faptului că există mai multe componente și variabile de care să ții cont.
Mai întâi începem cu calcularea raportului de rezistență al divizorului de tensiune de bază, dictat de formula prezentată mai jos. Pentru a începe calculele, trebuie să estimăm valorile curentului colectorului și ale rezistențelor R2 și R4. Rezistorul R4 poate fi calculat pentru a scădea 0,5V la 2V la curentul dorit al colectorului și R2 este setat să fie de 10 până la 20 de ori mai mare decât R4. Pentru preamplificatoare, R4 este de obicei în intervalul 1k-2k ohm.
R4 nedecuplat provoacă feedback negativ, scăderea câștigului în timp ce scade distorsiunea și îmbunătățește linearitatea. Decuplarea acestuia cu un condensator crește câștigul, astfel încât se recomandă utilizarea unui condensator de mare valoare cu un rezistor mic în serie.