Quan vulgueu dissenyar circuits de transistors bipolars, heu de saber com esbiaixar-los. La polarització consisteix a aplicar electricitat a un transistor d’una manera específica perquè el transistor funcioni de la manera que desitgeu. Hi ha principalment cinc classes d'amplificador - Classe A, Classe B, Classe AB, Classe C i Classe D. En aquest article ens centrarem en polaritzar el transistor en una configuració d'emissor comú per a la classe de freqüència d'operació d'un amplificador d'àudio lineal, lineal significa que el el senyal de sortida és el mateix que el d’entrada però amplificat.
Els bàsics
Perquè un transistor de silici normal funcioni en mode actiu (utilitzat en la majoria dels circuits d'amplificador), la base ha d'estar connectada a una tensió d'almenys 0,7 V (per a dispositius de silici) superior a l'emissor. Després d'aplicar aquesta tensió, el transistor s'encén i el corrent del col·lector comença a fluir, amb una caiguda de 0,2 V a 0,5 V entre el col·lector i l'emissor. En el mode actiu, el corrent del col·lector és aproximadament igual al corrent base multiplicat pel guany de corrent (hfe, β) d’un transistor.
Ib = Ic / hfe Ic = Ib * hfe
Aquest procés s’inverteix en el transistor PNP, deixa de conduir-se en aplicar una determinada tensió a la seva base. Obteniu més informació sobre el transistor NPN i el transistor PNP aquí.
Biaix solucionat
La forma més senzilla de polaritzar un BJT es presenta a la figura següent, R1 proporciona la polarització de la base i la sortida es pren entre R2 i el col·lector a través d’un condensador de bloqueig de CC, mentre que l’entrada s’alimenta a la base a través d’un condensador de bloqueig de CC. Aquesta configuració només s’ha d’utilitzar en preamplificadors simples i mai en etapes de sortida de potència, especialment amb altaveus en lloc de R2.
Per esbiaixar el transistor hem de conèixer la tensió d’alimentació (Ucc), la tensió de l’emissor base (Ube, 0,7 V per al silici, 0,3 per als transistors de germani), el corrent base requerit (Ib) o el corrent del col·lector (Ic) i el guany de corrent del transistor (hfe, β).
R1 = (Ucc - Ube) / Ib R1 = (Ucc - Ube) / (Ic / hfe)
El valor de R2 per obtenir un guany i una distorsió òptims es pot estimar dividint la tensió d'alimentació pel corrent del col·lector. El guany de l'amplificador amb aquest valor de R2 és elevat, al voltant del valor del guany de corrent del transistor (hfe, β). Després d'afegir una càrrega a la sortida, com ara un altaveu o la següent etapa d'amplificació, la tensió de sortida caurà a causa de R2 i la càrrega actuarà com a divisor de tensió. Es recomana que la impedància de càrrega o la impedància d'entrada de la següent etapa sigui almenys 4 vegades superior a R2. Els condensadors d'acoblament han de proporcionar menys d'un 1/8 de la impedància de càrrega o la impedància d'entrada de la següent etapa a la freqüència de funcionament més baixa.
Biaix del divisor de tensió / biaix en si mateix
La figura següent és la configuració de polarització més àmpliament utilitzada, és estable a la temperatura i proporciona un guany i una linealitat molt bons. En els amplificadors RF es pot substituir R3 per un sufocador RF. A més d’una resistència de base única (R1) i resistència de col·lector (R3), tenim una resistència de base addicional (R2) i una resistència d’emissor (R4). R1 i R2 formen un divisor de tensió i, juntament amb la caiguda de tensió de R4, s’estableix a la tensió base (Ub) del circuit. Els càlculs són més complicats, ja que hi ha més components i variables a tenir en compte.
Primer comencem per calcular la relació de resistència del divisor de tensió base, dictada per la fórmula que es mostra a continuació. Per iniciar els càlculs hem d’estimar els valors del corrent del col·lector i de les resistències R2 i R4. Es pot calcular que la resistència R4 cau de 0,5 V a 2 V al corrent de col·lector desitjat i que R2 és de 10 a 20 vegades més gran que R4. Per als preamplificadors, R4 sol estar en el rang d’1k-2k ohm.
El R4 no desacoblat provoca retroalimentació negativa, disminuint el guany mentre disminueix la distorsió i millora la linealitat. El desacoblament amb un condensador augmenta el guany, de manera que es recomana utilitzar un condensador de gran valor amb una resistència petita en sèrie.