Phản hồi & Bồi thường

Mục đích cơ bản của mạng phân cực là thiết lập các mối quan hệ điện áp và điện áp cực thu - gốc - cực phát tại điểm hoạt động của mạch (điểm hoạt động còn được gọi là điểm tĩnh, điểm Q, điểm không có tín hiệu, điểm nhàn rỗi, hoặc điểm tĩnh). Vì các bóng bán dẫn hiếm khi hoạt động ở điểm Q này, các mạng phân cực cơ bản thường được sử dụng làm tham chiếu hoặc điểm khởi đầu cho thiết kế.

Cấu hình mạch thực tế và đặc biệt, các giá trị mạng phân cực được chọn trên cơ sở điều kiện mạch động lực (điện áp đầu ra mong muốn, mức tín hiệu đầu vào dự kiến, v.v.) Khi điểm hoạt động mong muốn được thiết lập, chức năng tiếp theo của mạng phân cực là để ổn định mạch khuếch đại tại điểm này. Mạng phân cực cơ bản phải duy trì các mối quan hệ dòng điện mong muốn trong điều kiện nhiệt độ và nguồn điện thay đổi, và có thể thay thế bóng bán dẫn.

Trong một số trường hợp, các thay đổi tần số và các thay đổi do thành phần gây ra một lần nữa cũng phải được bù đắp bởi mạng phân cực. Quá trình này thường được gọi là ổn định thiên vị. Ổn định thiên vị thích hợp sẽ duy trì mạch khuếch đại ở điểm hoạt động mong muốn (trong giới hạn thực tế), và sẽ ngăn chặn sự chạy thoát nhiệt.

Hệ số ổn định 'S'

Nó được định nghĩa là tốc độ thay đổi của dòng điện thu wrt dòng bão hòa ngược, giữ cho β và V _BE không đổi. Nó được thể hiện như

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

Phương pháp ổn định thiên vị

Phương pháp làm cho điểm hoạt động độc lập với sự thay đổi nhiệt độ hoặc sự thay đổi trong các thông số của bóng bán dẫn được gọi là stabilization. Có một số chương trình để cung cấp sự ổn định thiên vị của các bộ khuếch đại trạng thái rắn. Tất cả những kế hoạch này đều thu hút một dạng phản hồi tiêu cực. Đó là bất kỳ giai đoạn nào trong dòng điện bán dẫn tạo ra sự thay đổi điện áp hoặc dòng điện tương ứng có xu hướng đối trọng với sự thay đổi ban đầu.

Có hai phương pháp cơ bản để tạo ra phản hồi âm, phản hồi nghịch đảo điện áp và phản hồi nghịch dòng.

Phản hồi nghịch đảo điện áp

Hình sau đây mô tả mạng phân cực nghịch đảo-điện áp cơ bản. Điểm nối cực phát - gốc được phân cực thuận bởi điện áp tại điểm nối của R ₁ và R ₂ . Điểm nối cơ sở - cực thu được phân cực ngược bởi sự khác biệt giữa điện áp tại bộ thu và đế.

Thông thường, bộ thu của bộ khuếch đại được ghép điện trở ở điện áp bằng một nửa điện trở của nguồn cung cấp Điện trở (R ₃ ), được kết nối giữa bộ thu và đế. Vì điện áp bộ thu là dương, một phần của điện áp này được phản hồi về đế để hỗ trợ phân cực thuận.

Phân cực thuận bình thường (hoặc điểm Q) trên điểm nối cực phát - đế là kết quả của tất cả các điện áp giữa bộ phát và đế. Khi thu tăng hiện nay, sự sụt giảm điện áp lớn hơn được sản xuất trên R _L . Kết quả là, điện áp trên bộ thu giảm, giảm điện áp phản hồi về cơ sở thông qua R ₃ . Điều này làm giảm phân cực thuận cực phát-gốc, giảm dòng phát và hạ dòng thu xuống giá trị bình thường. Khi dòng điện thu ban đầu giảm, một hành động ngược lại sẽ xảy ra và dòng điện thu được tăng lên giá trị bình thường (điểm Q) của nó.

Bất kỳ dạng phản hồi âm hoặc phản hồi nghịch đảo nào trong bộ khuếch đại đều có xu hướng chống lại tất cả những thay đổi ngay cả những thay đổi được tạo ra bởi tín hiệu được khuếch đại. Phản hồi nghịch đảo hoặc tiêu cực này có xu hướng làm giảm và ổn định độ lợi, cũng như thay đổi không mong muốn. Nguyên tắc ổn định khuếch đại bằng phản hồi này được sử dụng ít nhiều trong tất cả các loại bộ khuếch đại.

Phản hồi ngược-hiện tại

Hình sau đây cho thấy một mạng phân cực nghịch dòng (emitter– phản hồi) đặc biệt sử dụng bóng bán dẫn NPN. Phản hồi hiện tại thường được sử dụng hơn phản hồi điện áp trong các bộ khuếch đại trạng thái rắn. Điều này là do các bóng bán dẫn chủ yếu là thiết bị hoạt động bằng dòng điện, hơn là thiết bị hoạt động bằng điện áp.

Việc sử dụng điện trở phản hồi - cực phát trong bất kỳ mạch phân cực nào có thể được tóm tắt như sau: Dòng điện cơ bản phụ thuộc vào sự khác biệt về điện áp giữa chân đế và bộ phát. Nếu điện áp chênh lệch được hạ thấp, dòng điện cơ bản sẽ ít hơn.

Điều ngược lại là đúng khi tăng vi sai. Tất cả các dòng điện chạy qua bộ thu. Điện áp giảm trên điện trở phát và do đó không phụ thuộc hoàn toàn. Khi dòng thu tăng, dòng phát và sụt áp trên điện trở phát cũng sẽ tăng. Phản hồi tiêu cực này có xu hướng làm giảm sự khác biệt giữa cơ sở và bộ phát, do đó làm giảm dòng điện cơ bản. Đổi lại, dòng cơ bản thấp hơn có xu hướng làm giảm dòng thu, và đối trọng với việc tăng dòng thu ban đầu.

Bồi thường thiên vị

Trong các bộ khuếch đại trạng thái rắn, khi sự mất mát trong độ lợi tín hiệu không thể chấp nhận được trong một ứng dụng cụ thể, các kỹ thuật bù thường được sử dụng để giảm độ lệch của điểm hoạt động. Để cung cấp độ chệch và ổn định nhiệt tối đa, cả hai phương pháp bù và ổn định có thể được sử dụng cùng nhau.

Hình dưới đây cho thấy kỹ thuật bù diode sử dụng cả bù diode và ổn định tự phân cực. Nếu cả điốt và bóng bán dẫn cùng loại thì chúng có cùng hệ số nhiệt độ trên toàn mạch. Ở đây, diode được phân cực thuận. KVL cho mạch đã cho có thể được biểu thị bằng:

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

Rõ ràng từ phương trình trên rằng $ V_ {BE} $ tuân theo nhiệt độ VO wrt và Ic sẽ không ảnh hưởng đến các biến thể trong $ V_ {BE} $. Đây là một phương pháp hiệu quả để chăm sóc điểm hoạt động của bóng bán dẫn do sự thay đổi trong $ V_ {BE} $.

Thiết bị bù nhiệt độ

Chúng ta cũng có thể sử dụng một số thiết bị nhạy cảm với nhiệt độ để bù đắp cho các biến thể của đặc tính bên trong bóng bán dẫn. Thermistor có hệ số nhiệt độ âm, có nghĩa là khi nhiệt độ tăng, điện trở của nó giảm theo cấp số nhân. Hình dưới đây mô tả một mạch sử dụng nhiệt điện trở (R _T ) để giảm sự gia tăng dòng điện góp do sự thay đổi của $ V_ {BE} $, ICO hoặc β theo nhiệt độ.

Khi nhiệt độ tăng, R _T giảm và dòng điện qua R _T vào R _E tăng. Điện áp hoạt động trên R _E có chiều ngược lại để phân cực ngược transistor. R _T hoạt động như vậy có xu hướng bù đắp sự gia tăng của IC, vốn tăng do sự tăng nhiệt độ.