Chcąc zaprojektować bipolarne obwody tranzystorowe, musisz wiedzieć, jak je polaryzować. Odchylenie polega na doprowadzeniu prądu do tranzystora w określony sposób, aby tranzystor działał tak, jak tego chcesz. Są to przede wszystkim pięć klas - wzmacniacz klasy A, klasy B, klasy AB, klasy C i D. W tym artykule skupimy się na zniekształcający tranzystora w konfiguracji wspólnego emitera do liniowego wzmacniacza klasy częstotliwość pracy dźwięku, co oznacza, że liniowy sygnał wyjściowy jest taki sam jak sygnał wejściowy, ale wzmocniony.
Podstawy
Aby zwykły tranzystor krzemowy działał w trybie aktywnym (stosowanym w większości obwodów wzmacniacza) jego podstawę należy podłączyć do napięcia co najmniej 0,7 V (dla urządzeń krzemowych) wyższego niż emiter. Po przyłożeniu tego napięcia tranzystor włącza się i zaczyna płynąć prąd kolektora, ze spadkiem od 0,2V do 0,5V między kolektorem a emiterem. W trybie aktywnym prąd kolektora jest z grubsza równy prądowi bazowemu pomnożonemu przez wzmocnienie prądu (hfe, β) tranzystora.
Ib = Ic / hfe Ic = Ib * hfe
Proces ten jest odwrócony w tranzystorze PNP, przestaje przewodzić, gdy do jego bazy zostanie przyłożone określone napięcie. Dowiedz się więcej o tranzystorze NPN i tranzystorze PNP tutaj.
Naprawiono odchylenie
Najprostszy sposób polaryzacji BJT jest przedstawiony na poniższym rysunku, R1 zapewnia polaryzację podstawy, a wyjście jest pobierane między R2 a kolektorem przez kondensator blokujący DC, podczas gdy wejście jest podawane do podstawy przez kondensator blokujący DC. Ta konfiguracja powinna być używana tylko w prostych przedwzmacniaczach i nigdy nie ma mocy wyjściowej, zwłaszcza z głośnikiem zamiast R2.
Aby polaryzować tranzystor, musimy znać napięcie zasilania (Ucc), napięcie baza-emiter (Ube, 0,7 V dla krzemu, 0,3 dla tranzystorów germanowych), wymagany prąd bazowy (Ib) lub prąd kolektora (Ic) i wzmocnienie prądowe tranzystora (hfe, β).
R1 = (Ucc - Ube) / Ib R1 = (Ucc - Ube) / (Ic / hfe)
Wartość R2 dla optymalnego wzmocnienia i zniekształcenia można oszacować dzieląc napięcie zasilania przez prąd kolektora. Wzmocnienie wzmacniacza o tej wartości R2 jest duże, zbliżone do wartości wzmocnienia prądowego tranzystora (hfe, β). Po dodaniu obciążenia do wyjścia, takiego jak głośnik lub następny stopień wzmocnienia, napięcie wyjściowe spadnie z powodu R2, a obciążenie będzie działać jako dzielnik napięcia. Zaleca się, aby impedancja obciążenia lub impedancja wejściowa następnego stopnia była co najmniej 4 razy większa niż R2. Kondensatory sprzęgające powinny zapewniać mniej niż 1/8 impedancji obciążenia lub impedancji wejściowej następnego stopnia przy najniższej częstotliwości pracy.
Odchylenie dzielnika napięcia / odchylenie własne
Poniższy rysunek jest najczęściej używaną konfiguracją polaryzacji, jest stabilny temperaturowo i zapewnia bardzo dobre wzmocnienie i liniowość. We wzmacniaczach RF R3 można zastąpić dławikiem RF. Oprócz pojedynczego rezystora bazowego (R1) i rezystora kolektorowego (R3) mamy dodatkowy rezystor bazowy (R2) i rezystor emiterowy (R4). R1 i R2 tworzą dzielnik napięcia i wraz ze spadkiem napięcia na R4 ustawiany jest na napięcie bazowe (Ub) obwodu. Obliczenia są bardziej skomplikowane ze względu na większą liczbę komponentów i zmiennych do uwzględnienia.
Najpierw zaczynamy od obliczenia współczynnika rezystora podstawowego dzielnika napięcia, zgodnie z poniższym wzorem. Aby rozpocząć obliczenia, musimy oszacować wartości prądu kolektora i rezystorów R2 i R4. Można obliczyć, że rezystor R4 spadnie z 0,5 V do 2 V przy żądanym prądzie kolektora, a R2 jest ustawiony na 10 do 20 razy większy niż R4. Dla przedwzmacniaczy R4 zwykle mieści się w zakresie 1k-2k omów.
Nieodsprzężony R4 powoduje ujemne sprzężenie zwrotne, zmniejszając wzmocnienie, jednocześnie zmniejszając zniekształcenia i poprawiając liniowość. Odsprzęgnięcie go kondensatorem zwiększa wzmocnienie, dlatego zaleca się stosowanie szeregowo kondensatora dużej wartości z małym rezystorem.