När du vill utforma bipolära transistorkretsar måste du veta hur du kan förspela dem. Biasing är att tillföra elektricitet till en transistor på ett specifikt sätt för att få transistorn att fungera som du vill ha den. Det finns huvudsakligen fem klasser av förstärkare - klass A, klass B, klass AB, klass C och klass D. I den här artikeln kommer vi att fokusera på att förspänna transistorn i en gemensam sändarkonfiguration för linjär ljudfrekvens klass A förstärkare, linjär betydelse utsignalen är densamma som ingången men förstärks.
Det grundläggande
För att en vanlig kiseltransistor ska fungera i aktivt läge (används i de flesta förstärkarkretsar) måste basen anslutas till en spänning som är minst 0,7 V (för kiselapparater) högre än sändaren. Efter applicering av denna spänning slås transistorn på och kollektorströmmen börjar strömma, med en droppe på 0,2V till 0,5V mellan kollektorn och emittern. I det aktiva läget är kollektorströmmen ungefär lika med basströmmen gånger en transistors strömförstärkning (hfe, β).
Ib = Ic / hfe Ic = Ib * hfe
Denna process är omvänd i PNP-transistorn, den slutar leda när en viss spänning appliceras på basen. Läs mer om NPN Transistor och PNP Transistor här.
Fast förspänning
Det enklaste sättet att förspänna en BJT presenteras i nedanstående figur, R1 ger basförspänning och utgången tas mellan R2 och kollektorn genom en likströmsspärrkondensator, medan ingången matas till basen genom en likströmsspärrkondensator. Denna konfiguration bör endast användas i enkla förförstärkare och aldrig med utgångssteg, särskilt med en högtalare istället för R2.
För att förspänna transistorn behöver vi veta matningsspänningen (Ucc), bas-emitterspänningen (Ube, 0,7 V för kisel, 0,3 för germaniumtransistorer), den nödvändiga basströmmen (Ib) eller kollektorströmmen (Ic) och strömförstärkning av transistorn (hfe, β).
R1 = (Ucc - Ube) / Ib R1 = (Ucc - Ube) / (Ic / hfe)
Värdet på R2 för optimal förstärkning och distorsion kan uppskattas genom att dela matningsspänningen med kollektorströmmen. Förstärkarens förstärkning med detta värde på R2 är hög, runt värdet för transistorns strömförstärkning (hfe, β). Efter att ha lagt en belastning på utgången, till exempel en högtalare eller nästa förstärkningssteg, kommer utspänningen att sjunka på grund av R2 och belastningen fungerar som en spänningsdelare. Det rekommenderas att lastimpedansen eller ingångsimpedansen för nästa steg är minst fyra gånger större än R2. Kopplingskondensatorerna bör tillhandahålla mindre än 1/8 lastimpedansen eller ingångsimpedansen i följande steg vid den lägsta driftsfrekvensen.
Spänningsdelningsförspänning / självförspänning
Nedanstående figur är den mest använda förspänningskonfigurationen, den är temperaturstabil och ger mycket god förstärkning och linjäritet. I RF-förstärkare kan R3 ersättas med en RF-choke. Förutom ett basmotstånd (R1) och kollektormotstånd (R3) har vi ett ytterligare basmotstånd (R2) och ett emittermotstånd (R4). R1 och R2 bildar en spänningsdelare och tillsammans med spänningsfallet på R4 ställs in till kretsens basspänning (Ub). Beräkningarna är mer komplicerade på grund av att det finns fler komponenter och variabler att ta hänsyn till.
Först börjar vi med att beräkna motståndsförhållandet för basspänningsdelaren, dikterad av formeln som visas nedan. För att starta beräkningarna måste vi uppskatta värdena på kollektorströmmen och motstånden R2 & R4. Motstånd R4 kan beräknas till att sjunka 0,5 V till 2 V vid önskad kollektorström och R2 är inställd på att vara 10 till 20 gånger större än R4. För förförstärkare ligger R4 vanligtvis i intervallet 1k-2k ohm.
Den icke-frikopplade R4 orsakar negativ återkoppling, minskar förstärkningen samtidigt som distorsionen minskar och linjären förbättras. Att frikoppla den med en kondensator ökar förstärkningen, så det rekommenderas att använda en kondensator med stort värde med ett litet motstånd i serie.