Når du vil designe bipolare transistorkretser, må du vite hvordan du kan forspenne dem. Biasing er å bruke strøm til en transistor på en bestemt måte for å få transistoren til å utføre slik du vil ha den. Det er hovedsakelig fem klasser av forsterker - klasse A, klasse B, klasse AB, klasse C og klasse D. I denne artikkelen vil fokusere på å forspenne transistoren i en felles emitter-konfigurasjon for lineær audiofrekvens klasse A forsterker operasjon, lineær betyr utgangssignalet er det samme som inngangen, men forsterket.
Det grunnleggende
For at en vanlig silisiumtransistor skal fungere i aktiv modus (brukes i de fleste forsterkerkretser), må basen kobles til en spenning som er minst 0,7 V (for silisiumenheter) høyere enn emitteren. Etter påføring av denne spenningen slår transistoren seg på og kollektorstrømmen begynner å strømme, med et fall på 0,2V til 0,5V mellom kollektoren og emitteren. I aktiv modus er samlerstrømmen omtrent lik basestrømmen ganger strømforsterkningen (hfe, β) til en transistor.
Ib = Ic / hfe Ic = Ib * hfe
Denne prosessen er reversert i PNP-transistoren, den slutter å lede når den påfører en viss spenning til basen. Lær mer om NPN Transistor og PNP Transistor her.
Fast skjevhet
Den enkleste måten å forspenne en BJT er presentert i figuren nedenfor, R1 gir basisforspenningen og utgangen blir tatt mellom R2 og samleren gjennom en DC-blokkeringskondensator, mens inngangen mates til basen gjennom en DC-blokkeringskondensator. Denne konfigurasjonen skal bare brukes i enkle forforsterkere og aldri trinn med utgangseffekt, spesielt med en høyttaler i stedet for R2.
For å forspenne transistoren, trenger vi å kjenne forsyningsspenningen (Ucc), base-emitter-spenningen (Ube, 0,7 V for silisium, 0,3 for germanium-transistorer), den nødvendige basestrømmen (Ib) eller kollektorstrømmen (Ic) og nåværende forsterkning av transistoren (hfe, β).
R1 = (Ucc - Ube) / Ib R1 = (Ucc - Ube) / (Ic / hfe)
Verdien av R2 for optimal forsterkning og forvrengning kan estimeres ved å dele forsyningsspenningen med kollektorstrømmen. Forsterkeren til forsterkeren med denne verdien av R2 er høy, rundt verdien av strømforsterkningen til transistoren (hfe, β). Etter å ha lagt til en belastning på utgangen, for eksempel en høyttaler eller neste forsterkningstrinn, vil utgangsspenningen synke på grunn av R2, og belastningen vil fungere som en spenningsdeler. Det anbefales at lastimpedansen eller inngangsimpedansen til neste trinn er minst 4 ganger større enn R2. Koblingskondensatorene skal tilveiebringe mindre enn 1/8 av belastningsimpedansen eller inngangsimpedansen i det følgende trinnet ved den laveste driftsfrekvensen.
Spenningsdeler Bias / Self Bias
Figuren nedenfor er den mest brukte forspenningskonfigurasjonen, den er temperaturstabil og gir veldig god forsterkning og linearitet. I RF-forsterkere kan R3 byttes ut med en RF-choke. I tillegg til en enkelt basismotstand (R1) og kollektormotstand (R3), har vi en ekstra basismotstand (R2) og en emittermotstand (R4). R1 og R2 danner en spenningsdeler og sammen med spenningsfallet på R4 settes til basespenningen (Ub) i kretsen. Beregningene er mer kompliserte på grunn av at det er flere komponenter og variabler å gjøre rede for.
Først begynner vi med å beregne motstandsforholdet til basisspenningsdeleren, diktert av formelen vist nedenfor. For å starte beregningene må vi estimere verdiene til samlerstrømmen og motstandene R2 & R4. Motstanden R4 kan beregnes til å falle 0,5V til 2V ved ønsket kollektorstrøm, og R2 er satt til å være 10 til 20 ganger større enn R4. For forforsterkere er R4 vanligvis i området 1k-2k ohm.
Den ikke-frikoblede R4 forårsaker negativ tilbakemelding, reduserer forsterkningen mens den reduserer forvrengningen og forbedrer lineariteten. Å frakoble den med en kondensator øker forsterkningen, så det anbefales å bruke en kondensator med stor verdi med en liten motstand i serie.