Als u bipolaire transistorschakelingen wilt ontwerpen, moet u weten hoe u ze moet beïnvloeden. Biasing is het op een specifieke manier aanleggen van elektriciteit aan een transistor om de transistor te laten presteren zoals jij dat wilt. Er zijn vijf klassen van hoofdzakelijk versterker - A-, B-, Klasse AB, C- en D. In dit artikel zal zich richten op het voorspannen van de transistor in gemeenschappelijke emitter configuratie van lineaire audiofrequente klasse A versterker operatie, waardoor de lineaire uitgangssignaal is hetzelfde als het ingangssignaal, maar versterkt.
De basis
Om een gewone siliciumtransistor in de actieve modus te laten werken (gebruikt in de meeste versterkercircuits), moet de basis worden aangesloten op een spanning die ten minste 0,7 V (voor siliciumapparaten) hoger is dan de emitter. Na het aanleggen van deze spanning wordt de transistor ingeschakeld en begint de collectorstroom te stromen, met een daling van 0,2V tot 0,5V tussen de collector en de emitter. In de actieve modus is de collectorstroom ongeveer gelijk aan de basisstroom maal de stroomversterking (hfe, β) van een transistor.
Ib = Ic / hfe Ic = Ib * hfe
Dit proces wordt omgekeerd in de PNP-transistor, hij stopt met geleiden wanneer een bepaalde spanning op zijn basis wordt aangelegd. Lees hier meer over NPN-transistor en PNP-transistor.
Vaste bias
De eenvoudigste manier om een BJT voor te spannen wordt weergegeven in de onderstaande afbeelding, R1 zorgt voor de basisvoorspanning en de uitvoer wordt tussen R2 en de collector genomen via een DC-blokkeercondensator, terwijl de invoer naar de basis wordt gevoerd via een DC-blokkeercondensator. Deze configuratie mag alleen worden gebruikt in eenvoudige voorversterkers en nooit eindtrappen, vooral met een luidspreker in plaats van R2.
Om de transistor voor te stellen, moeten we de voedingsspanning (Ucc), de basis-emitterspanning (Ube, 0,7V voor silicium, 0,3 voor germaniumtransistors), de vereiste basisstroom (Ib) of de collectorstroom (Ic) en de huidige versterking van de transistor (hfe, β).
R1 = (Ucc - Ube) / Ib R1 = (Ucc - Ube) / (Ic / hfe)
De waarde van R2 voor optimale versterking en vervorming kan worden geschat door de voedingsspanning te delen door de collectorstroom. De versterking van de versterker met deze waarde van R2 is hoog, ongeveer de waarde van de huidige versterking van de transistor (hfe, β). Na het toevoegen van een belasting aan de uitgang, zoals een luidspreker of de volgende versterkingstrap, zal de uitgangsspanning dalen vanwege R2 en zal de belasting werken als een spanningsdeler. Het wordt aanbevolen dat de belastingsimpedantie of de ingangsimpedantie van de volgende trap minstens 4 keer groter is dan R2. De koppelcondensatoren moeten minder dan 1/8 van de belastingsimpedantie of de ingangsimpedantie van de volgende trap leveren bij de laagste bedrijfsfrequentie.
Voltage Divider Bias / Self Bias
De onderstaande afbeelding is de meest gebruikte voorspanningsconfiguratie, deze is temperatuurstabiel en biedt een zeer goede versterking en lineariteit. In RF-versterkers kan R3 worden vervangen door een RF-smoorspoel. Naast een enkele basisweerstand (R1) en een collectorweerstand (R3) hebben we een extra basisweerstand (R2) en een emitterweerstand (R4). R1 en R2 vormen een spanningsdeler en samen met de spanningsval op R4 ingesteld op de basisspanning (Ub) van het circuit. De berekeningen zijn ingewikkelder omdat er meer componenten en variabelen zijn waarmee rekening moet worden gehouden.
Eerst beginnen we met het berekenen van de weerstandsverhouding van de basisspanningsdeler, gedicteerd door de onderstaande formule. Om met de berekeningen te beginnen, moeten we de waarden van de collectorstroom en weerstanden R2 en R4 schatten. Weerstand R4 kan worden berekend om 0,5 V tot 2 V te verlagen bij de gewenste collectorstroom en R2 is ingesteld op 10 tot 20 keer groter dan R4. Voor voorversterkers ligt R4 meestal in het bereik van 1k-2k ohm.
De niet-ontkoppelde R4 veroorzaakt een negatieve feedback, waardoor de versterking afneemt terwijl de vervorming wordt verminderd en de lineariteit wordt verbeterd. Ontkoppeling met een condensator verhoogt de versterking, dus het wordt aanbevolen om een condensator met een grote waarde en een kleine weerstand in serie te gebruiken.