Når du vil designe bipolære transistorkredsløb, skal du vide, hvordan du forspænder dem. Biasing er at anvende elektricitet til en transistor på en bestemt måde for at få transistoren til at udføre som du vil have den til. Der er primært fem klasser af Forstærker - klasse A, klasse B, klasse AB, klasse C og klasse D. I denne artikel vil vi fokusere på at påvirke transistor i en fælles emitter konfiguration til lineær audio frekvens klasse A forstærker operation, lineær betyder udgangssignalet er det samme som det indgående, men forstærket.
Det grundlæggende
For at en almindelig siliciumtransistor kan fungere i aktiv tilstand (bruges i de fleste forstærkerkredsløb), skal basen tilsluttes en spænding, der er mindst 0,7 V (for silicium-enheder) højere end emitteren. Efter påføring af denne spænding tænder transistoren, og kollektorstrømmen begynder at strømme med et fald på 0,2V til 0,5V mellem kollektoren og emitteren. I aktiv tilstand er kollektorstrømmen stort set lig med basisstrømmen gange en transistors nuværende forstærkning (hfe, β).
Ib = Ic / hfe Ic = Ib * hfe
Denne proces vendes i PNP-transistoren, den holder op med at udføre, når der påføres en bestemt spænding til basen. Lær mere om NPN Transistor og PNP Transistor her.
Fast bias
Den enkleste måde at forspænde en BJT på er vist i nedenstående figur, R1 giver basisforspændingen, og output tages mellem R2 og samleren gennem en DC-blokerende kondensator, mens input føres til basen gennem en DC-blokerende kondensator. Denne konfiguration bør kun bruges i enkle forforstærkere og aldrig med output-trin, især med en højttaler i stedet for R2.
For at forspænde transistoren er vi nødt til at kende forsyningsspændingen (Ucc), basis-emitter-spændingen (Ube, 0,7 V for silicium, 0,3 for germanium-transistorer), den nødvendige basisstrøm (Ib) eller kollektorstrømmen (Ic) og strømforstærkning af transistoren (hfe, β).
R1 = (Ucc - Ube) / Ib R1 = (Ucc - Ube) / (Ic / hfe)
Værdien af R2 for optimal forstærkning og forvrængning kan estimeres ved at dividere forsyningsspændingen med kollektorstrømmen. Forstærkerens forstærkning med denne værdi på R2 er høj, omkring værdien af transistorens nuværende forstærkning (hfe, β). Efter at have tilføjet en belastning til udgangen, såsom en højttaler eller det næste forstærkningstrin, vil udgangsspændingen falde på grund af R2, og belastningen fungerer som en spændingsdeler. Det anbefales, at belastningsimpedansen eller indgangsimpedansen i det næste trin er mindst 4 gange større end R2. Koblingskondensatorerne skal tilvejebringe mindre end 1/8 af belastningsimpedansen eller indgangsimpedansen i det følgende trin ved den laveste driftsfrekvens.
Spændingsdeler Bias / Self Bias
Nedenstående figur er den mest anvendte forspændingskonfiguration, den er temperaturstabil og giver meget god forstærkning og linearitet. I RF-forstærkere kan R3 udskiftes med en RF-choker. Ud over en enkelt basismodstand (R1) og kollektormodstand (R3) har vi en ekstra basismodstand (R2) og en emittermodstand (R4). R1 og R2 danner en spændingsdeler og sammen med spændingsfaldet på R4 indstillet til basisspændingen (Ub) i kredsløbet. Beregningerne er mere komplicerede på grund af at der er flere komponenter og variabler at tage højde for.
Først starter vi med at beregne modstandsforholdet for basisspændingsdeleren, dikteret af nedenstående formel. For at starte beregningerne skal vi estimere værdierne for kollektorstrømmen og modstandene R2 & R4. Modstand R4 kan beregnes til at falde 0,5 V til 2 V ved den ønskede kollektorstrøm, og R2 er indstillet til at være 10 til 20 gange større end R4. For forforstærkere er R4 normalt i området 1k-2k ohm.
Den ikke-afkoblede R4 forårsager negativ feedback, faldende forstærkning, mens formindskelse af forvrængning og forbedring af linearitet. Afkobling af den med en kondensator øger forstærkningen, så det anbefales at bruge en kondensator med stor værdi med en lille modstand i serie.