Informacje zwrotne i odszkodowanie

Podstawowym celem sieci polaryzacji jest ustalenie zależności napięcia i prądu kolektor-baza-emiter w punkcie pracy obwodu (punkt pracy jest również nazywany punktem spoczynku, punktem Q, punktem bez sygnału, punktem jałowym, lub punkt statyczny). Ponieważ tranzystory rzadko działają w tym punkcie Q, podstawowe sieci polaryzacji są zwykle używane jako punkt odniesienia lub punkt wyjścia do projektowania.

Rzeczywista konfiguracja obwodu, a zwłaszcza wartości sieci polaryzacji, są wybierane na podstawie dynamicznych warunków obwodu (pożądane wahania napięcia wyjściowego, oczekiwany poziom sygnału wejściowego itp.) Po ustaleniu żądanego punktu pracy następną funkcją sieci polaryzacji jest ustabilizować obwód wzmacniacza w tym momencie. Podstawowa sieć polaryzacji musi utrzymywać pożądane zależności prądowe w przypadku zmian temperatury i zasilania oraz ewentualnej wymiany tranzystora.

W niektórych przypadkach zmiany częstotliwości i zmiany spowodowane przez komponent muszą być również kompensowane przez sieć polaryzacji. Ten proces jest ogólnie określany jako stabilizacja odchylenia. Właściwa stabilizacja polaryzacji utrzyma obwód wzmacniacza w pożądanym punkcie pracy (w praktycznych granicach) i zapobiegnie niekontrolowanemu wzrostowi temperatury.

Współczynnik stabilności „S”

Definiuje się go jako szybkość zmian prądu kolektora w stosunku do prądu nasycenia wstecznego, przy zachowaniu stałych β i V _BE . Jest wyrażany jako

$$S = \frac{\mathrm{d}I_c }{\mathrm{d} I_c}$$

Metody stabilizacji odchylenia

Metoda uniezależnienia punktu pracy od zmian temperatury lub zmian parametrów tranzystorów jest znana jako stabilization. Istnieje kilka schematów zapewniających stabilizację polaryzacji wzmacniaczy półprzewodnikowych. Wszystkie te schematy mają formę negatywnej opinii. Oznacza to, że na dowolnym etapie prądy tranzystorowe wytwarzają odpowiednią zmianę napięcia lub prądu, która ma tendencję do równoważenia początkowej zmiany.

Istnieją dwie podstawowe metody wytwarzania ujemnego sprzężenia zwrotnego, sprzężenia zwrotnego z odwrotnym napięciem i sprzężenia zwrotnego z prądem odwrotnym.

Sprzężenie zwrotne napięcia

Poniższy rysunek przedstawia podstawową sieć polaryzacji odwrotnego napięcia. Złącze emiter-baza jest spolaryzowane do przodu przez napięcie na skrzyżowaniu R ₁ i R ₂ . Połączenie baza-kolektor jest spolaryzowane odwrotnie przez różnicę między napięciami na kolektorze i podstawie.

Zwykle kolektor wzmacniacza sprzężonego rezystancyjnie jest pod napięciem około połowy napięcia rezystora zasilającego (R ₃ ), podłączonego między kolektorem a podstawą. Ponieważ napięcie kolektora jest dodatnie, część tego napięcia jest przekazywana do podstawy w celu podtrzymania odchylenia do przodu.

Normalne (lub punkt Q) przesunięcie w przód na połączeniu emiter-baza jest wynikiem wszystkich napięć między emiterem a bazą. Jako kolektora prądu wzrasta, większy spadek napięcia jest wytwarzany w poprzek R _L . W rezultacie napięcie na kolektorze spada, zmniejszając sprzężenie zwrotne napięcia do podstawy przez R ₃ . Zmniejsza to odchylenie wstępne emiter-podstawa, zmniejszając prąd emitera i obniżając prąd kolektora do jego normalnej wartości. Ponieważ występuje początkowy spadek prądu kolektora, zachodzi działanie odwrotne i prąd kolektora zostaje podniesiony do normalnej (punkt Q) wartości.

Każda forma ujemnego lub odwrotnego sprzężenia zwrotnego we wzmacniaczu ma tendencję do przeciwstawiania się wszystkim zmianom, nawet tym, które są wytwarzane przez wzmacniany sygnał. To odwrotne lub ujemne sprzężenie zwrotne ma tendencję do zmniejszania i stabilizacji wzmocnienia, a także niepożądanej zmiany. Ta zasada stabilizowania wzmocnienia za pomocą sprzężenia zwrotnego jest stosowana w mniej więcej wszystkich typach wzmacniaczy.

Odwrotny prąd zwrotny

Poniższy rysunek przedstawia charakterystyczną sieć polaryzacji prądu zwrotnego (emiter - sprzężenie zwrotne) wykorzystującą tranzystor NPN. Prądowe sprzężenie zwrotne jest częściej stosowane niż sprzężenie napięciowe we wzmacniaczach półprzewodnikowych. Dzieje się tak, ponieważ tranzystory są głównie urządzeniami zasilanymi prądem, a nie urządzeniami zasilanymi napięciem.

Użycie rezystancji ze sprzężeniem zwrotnym emitera w dowolnym obwodzie polaryzacji można podsumować w następujący sposób: Prąd podstawowy zależy od różnicy napięcia między bazą a emiterem. Jeśli napięcie różnicowe zostanie obniżone, popłynie mniejszy prąd bazowy.

W przypadku zwiększenia różnicy jest odwrotnie. Cały prąd przepływający przez kolektor. Napięcie spada na rezystorze emitera i dlatego nie jest w pełni zależne. Wraz ze wzrostem prądu kolektora wzrasta również prąd emitera i spadek napięcia na rezystorze emitera. To ujemne sprzężenie zwrotne ma tendencję do zmniejszania różnicy między podstawą a emiterem, obniżając w ten sposób prąd podstawowy. Z kolei niższy prąd bazowy ma tendencję do zmniejszania prądu kolektora i równoważy początkowy wzrost prądu kolektora.

Odszkodowanie za uprzedzenia

We wzmacniaczach półprzewodnikowych, gdy utrata wzmocnienia sygnału jest niedopuszczalna w określonym zastosowaniu, często stosuje się techniki kompensacji w celu zmniejszenia dryftu punktu pracy. Aby zapewnić maksymalne odchylenie i stabilizację termiczną, można jednocześnie zastosować metody kompensacji i stabilizacji.

Poniższy rysunek przedstawia technikę kompensacji diody, która wykorzystywała zarówno kompensację diody, jak i stabilizację samoczynnego polaryzacji. Jeśli zarówno dioda, jak i tranzystor są tego samego typu, mają ten sam współczynnik temperaturowy w obwodzie. Tutaj dioda jest spolaryzowana do przodu. KVL dla danego obwodu można wyrazić jako -

$$I_c = \frac{\beta [V - (V_{BE} - V_o)] + (Rb + Rc)(\beta + 1)ICO}{Rb + Rc(1 + \beta)}$$

Z powyższego równania jasno wynika, że $V_{BE}$ podąża za temperaturą VO wrt, a Ic nie będą miały wpływu na wahania wartości $V_{BE}$. Jest to skuteczna metoda dbania o punkt pracy tranzystora ze względu na wahania$V_{BE}$.

Urządzenie do kompensacji temperatury

Możemy również użyć jakiegoś urządzenia wrażliwego na temperaturę, aby skompensować zmiany wewnętrznej charakterystyki tranzystora. Termistor ma ujemny współczynnik temperaturowy, co oznacza, że ​​wraz ze wzrostem temperatury jego rezystancja spada wykładniczo. Poniższy rysunek przedstawia obwód, który wykorzystuje termistor (R _T ) w celu zmniejszenia wzrostu prądu kolektora spowodowanego zmianą$V_{BE}$, ICO lub β z temperaturą.

Gdy temperatura wzrasta, R _T spada, a prąd podawany przez R _T do R _E wzrasta. Spadek napięcia działania na R _E jest w przeciwnym kierunku, aby odwrócić polaryzację tranzystora. R _T działa tak, aby dążyć do kompensacji wzrostu IC, który wzrasta z powodu wzrostu temperatury.