Основное назначение сети смещения состоит в установлении взаимосвязей между напряжением и током коллектор-база-эмиттер в рабочей точке цепи (рабочая точка также известна как точка покоя, точка Q, точка без сигнала, точка холостого хода, или статическая точка). Поскольку транзисторы редко работают в этой точке Q, базовые сети смещения обычно используются в качестве эталона или отправной точки для проектирования.
Фактическая конфигурация схемы и, в частности, значения сети смещения выбираются на основе динамических условий цепи (желаемое колебание выходного напряжения, ожидаемый уровень входного сигнала и т. Д.). Как только желаемая рабочая точка установлена, следующей функцией сети смещения является стабилизировать схему усилителя в этой точке. Базовая сеть смещения должна поддерживать требуемые зависимости тока при наличии изменений температуры и источника питания и возможной замены транзистора.
В некоторых случаях изменения частоты и изменения, вызванные компонентом снова, также должны компенсироваться сетью смещения. Этот процесс обычно называют стабилизацией смещения. Надлежащая стабилизация смещения поддержит цепь усилителя в желаемой рабочей точке (в практических пределах) и предотвратит термический разгон.
Коэффициент стабильности ‘S’
Он определяется как скорость изменения тока коллектора относительно обратного тока насыщения, поддерживая постоянными β и V BE . Выражается как
S= frac mathrmdIc mathrmdIc
Методы стабилизации смещения
Метод, позволяющий сделать рабочую точку независимой от изменений температуры или изменений параметров транзисторов, известен как стабилизация . Существует несколько схем обеспечения стабилизации смещения твердотельных усилителей. Все эти схемы имеют форму отрицательной обратной связи. То есть любая ступень в транзисторных токах производит соответствующее изменение напряжения или тока, которое стремится уравновесить первоначальное изменение.
Существует два основных метода получения отрицательной обратной связи: обратная обратная связь по напряжению и обратная обратная связь по току.
Обратная связь по напряжению
На следующем рисунке показана базовая сеть смещения обратного напряжения. Соединение эмиттер-основание смещено в прямом направлении напряжением на стыке R 1 и R 2 . Соединение база-коллектор имеет обратное смещение из-за разности напряжений на коллекторе и базе.
Обычно коллектор усилителя с резистивной связью находится под напряжением, приблизительно равным половине напряжения резистора питания (R 3 ), подключенного между коллектором и базой. Поскольку напряжение на коллекторе положительное, часть этого напряжения передается на базу для поддержки прямого смещения.
Нормальное (или точка Q) прямое смещение на соединении эмиттер-база является результатом всех напряжений между эмиттером и базой. По мере увеличения тока коллектора на R L возникает большее падение напряжения. В результате напряжение на коллекторе уменьшается, уменьшая напряжение обратной связи с базой через R 3 . Это уменьшает прямое смещение эмиттер-основание, уменьшает ток эмиттера и снижает ток коллектора до его нормального значения. При начальном уменьшении тока коллектора происходит обратное действие, и ток коллектора увеличивается до своего нормального значения (точка Q).
Любая форма отрицательной или обратной обратной связи в усилителе имеет тенденцию противодействовать всем изменениям, даже тем, которые возникают при усилении сигнала. Эта обратная или отрицательная обратная связь имеет тенденцию уменьшать и стабилизировать усиление, а также нежелательные изменения. Этот принцип стабилизации усиления с помощью обратной связи используется в более или менее всех типах усилителей.
Обратная обратная связь
На следующем рисунке показана отличительная сеть смещения обратного тока (эмиттер-обратная связь) с использованием NPN-транзистора. Обратная связь по току используется чаще, чем обратная связь по напряжению в твердотельных усилителях. Это связано с тем, что транзисторы представляют собой устройства, работающие от тока, а не устройства, работающие от напряжения.
Использование сопротивления эмиттер-обратная связь в любой цепи смещения можно суммировать следующим образом: Ток базы зависит от разности напряжений между базой и эмиттером. Если дифференциальное напряжение снижается, будет течь меньший базовый ток.
Противоположность верна, когда дифференциал увеличен. Весь ток течет через коллектор. Напряжение падает на резисторе эмиттера и поэтому не является полностью зависимым. По мере увеличения тока коллектора ток эмиттера и падение напряжения на резисторе эмиттера также будут увеличиваться. Эта отрицательная обратная связь имеет тенденцию уменьшать разницу между базой и эмиттером, таким образом снижая ток базы. В свою очередь, более низкий базовый ток имеет тенденцию уменьшать ток коллектора и уравновешивать первоначальный ток коллектора.
Компенсация смещения
В твердотельных усилителях, когда потеря в усилении сигнала недопустима в конкретном приложении, методы компенсации часто используются для уменьшения дрейфа рабочей точки. Чтобы обеспечить максимальный уклон и термостабилизацию, оба метода компенсации и стабилизации могут использоваться вместе.
На следующем рисунке показана методика диодной компенсации, в которой использовалась как диодная компенсация, так и стабилизация смещения. Если и диод, и транзистор относятся к одному типу, то они имеют одинаковый температурный коэффициент в цепи. Здесь диод смещен вперед. КВЛ для данной схемы можно выразить как —
Ic= frac beta[V−(VBE−Vo)]+(Rb+Rc)( beta+1)ICORb+Rc(1+ beta)
Из приведенного выше уравнения ясно, что VBE следует за VO относительно температуры, и Ic не будет влиять на изменения в VBE. Это эффективный способ позаботиться о рабочей точке транзистора из-за изменения в VBE.
Устройство температурной компенсации
Мы также можем использовать некоторые чувствительные к температуре устройства для компенсации изменений внутренних характеристик транзистора. Термистор имеет отрицательный температурный коэффициент, что означает, что с повышением температуры его сопротивление уменьшается в геометрической прогрессии. На следующем рисунке показана схема, в которой используется термистор (R T ) для уменьшения увеличения тока коллектора из-за изменения в VBE, ICO или β в зависимости от температуры.
Когда температура увеличивается, R T уменьшается, а ток, подаваемый через R T в R E, увеличивается. Падение напряжения срабатывания на R E происходит в направлении, противоположном смещению транзистора. R T действует так, чтобы иметь тенденцию компенсировать увеличение IC, которое увеличивается из-за повышения температуры.