Смещение транзистора-подробные схемы функции.

Транзисторы являются широко используемыми полупроводниковыми устройствами. Они используется во множестве разных случаев, включая усиление и коммутацию. Для того чтобы выполнить подобные функции удовлетворительно, транзистор должен быть снабжён определенным электрическим током и/или напряжением.

Процесс обеспечения данных условий для транзистора называется “Смещение транзистора”. Эта цель может быть достигнута множеством методик, которые дают множество различных схем смещения.

Как бы там ни было, все эти схемы базируются на принципе обеспечения точно высчитанного тока, IB, и тока на коллекторе, Ic от подаваемого напряжения, напряжении постоянного тока, когда сигнал на входе отсутствует.

Более того, резистор коллектора Rc должен быть выбран так, чтобы напряжение коллектора и эмиттера, VCE, оставалось больше 0,5 вольт для транзисторов, сделанных из германия, и более 1 вольта для кремниевых транзисторов. Ниже объяснены несколько вполне удовлетворительных схем смещения.

Смещение с постоянной базой и смещение с постоянным сопротивлением

Схема имеет базовый резистор RB, который соединяет базу и напряжение постоянного тока. Тут соединение базы-эмиттера у транзистора, который смещён за счёт снижения напряжения через RB, что является результатом течения IB через него.

Здесь величины напряжения постоянного тока и VBE постоянны, в то время как величина RB постоянна с момента создания схемы. Это приводит к постоянной величине для IB за счёт постоянного операционного усилителя. Благодаря последнему данная схема называется смещением с постоянной базой. Этот вид смещения – результат стабилизирующего фактора (ß + 1), который приводит к очень низкой термической стабильности.

Причина этого кроется в том, что ß – параметр транзистора непредсказуем, и сильно изменяется, даже если транзисторы одного типа и модели. Это изменение в ß выражается в больших изменениях в Ic, которые не могут быть компенсированы никакими средствами при проектировании. Отсюда можно сделать вывод, что этот вид смещения, зависящего от ß, подвержен изменениям в операционном усилителе, возникающим из за изменений в характеристиках транзистора и температуры.

Как бы там ни было, стоит отметить, что смещение с постоянной базой наиболее простое и использует меньше деталей. Более того, оно даёт пользователю возможность менять операционный усилитель где угодно в активной зоне просто за счёт смены значения RB в проектировании. Также оно предлагает не загружать источник как соединение базы-эмиттера без резистора. Благодаря этим факторам, этот тип смещения используется при коммутации и для достижения автоматического контроля за коэффициентом усиления в транзисторах.

Смещение при обратной связи с коллектором

На данной схеме базовый резистор RB подсоединён через коллектор и базовые выводы транзистора. Это означает, что базовое напряжение, VB, и напряжение коллектора, Vс, взаимосвязаны.

Увеличение в Ic уменьшает Vс, из-за уменьшившегося IB. Автоматически уменьшается Ic. Это показывает, что для такого типа смещения, операционный усилитель остается постоянным безотносительно к изменениям в поступающем токе, являющимся причиной того, что транзистор постоянно находится в своей активной зоне вне зависимости от величины ß.

Эта схема также называется схемой само-смещения с отрицательной обратной связью, ведь обратная связь тут от выхода к входу через RB. Этот довольно простой вид смещения имеет стабилизирующий фактор меньше (ß + 1). Это обеспечивает большую стабильность по сравнению с постоянным смещением. Как бы там ни было, уменьшение тока коллектора за счёт базового электрического тока приводит к уменьшению коэффициента усиления на усилителе.

Смещение с двойной связью

Схема смещения с двойной связью в данном случае является импровизацией, основанной на смещении обратной связи с коллектором. Тут имеется дополнительный резистор R1. Это объясняется усилением тока, текущего через базовые резисторы. Схема устойчива к изменениям значений ß.

Постоянное смещение с резистором эмиттера

Это смещение не что иное, как постоянное смещение с дополнительным резистором эмиттера, RE. Если Ic возрастёт из-за увеличения температуры, то IE тоже возрастёт, что в дальнейшем приведет к увеличению уменьшения напряжения через RE. Уменьшение в Vc станет причиной уменьшения в IB, которое вернёт Ic к его нормальному значению. Таким образом, этот вид смещения обеспечивает лучшую стабильность, чем смещение с постоянной базой. Наличие RE уменьшает напряжение от усилителя, а также результаты его нежелательной AC обратной связи.

Смещение эмиттера

Это смещение использует два напряжения, напряжение постоянного тока (Vcc) и VEE, которые равны, но противоположны по заряду. Тут смещения VEE, соединение через базу-эмиттер через RE за счёт Vcc обратных смещений, соединение коллектор-база. В этом случае смещения, Ic может быть сделано независимой и от ß, и от VBE за счёт выбора RE > > RB и VEE > > VBE, соответственно. В итоге получается стабильный операционный усилитель.

Смещение эмиттера с обратной связью

Это само-смещение эмиттера использует и обратную связь коллектора-базы, и обратную связь эмиттера. В итоге – более высокая стабильность. Соединение эмиттер-база смещается из-за уменьшения напряжения через резистор эмиттера, RE. Это происходит из-за течения тока через эмиттер, IE. Это также приводит к более интенсивному понижению напряжения через RE, что, в свою очередь, уменьшает напряжение на коллекторе, Vc и IB, тем самым возвращая Ic прежнее значение.

Как бы там ни было, это является следствием уменьшения коэффициента усиления на выходе из-за наличия дегенеративной обратной связи, которая является нежелательной AC обратной связью. В такой связи количество тока, проходящего через резистор обратной связи, определяется за счёт значения напряжения коллектора, Vc. Этот эффект может быть компенсирован использованием большого обходного конденсатора через резистор эмиттера, RE.

Смещение с делителем напряжения

Этот вид смещения использует делитель напряжения, который сформирован за счёт резисторов R1 и R2 для смещения транзистора. Это означает, что напряжение, проходящее через R2, будет напряжением на базе транзистора, который смещает своё соединение базы-эмиттера. В общем, ток через R2 будет постоянным и будет являться током на базе, используемым 10 раз, IB (i.e. I2 = 10IB). Это сделано, чтобы обойти его воздействие на ток делителя напряжения или на изменения в ß.

В этом типе смещения, Ic устойчив к изменениям и в ß, и в VBE, что ведёт к стабилизирующему фактору со значением 1 (теоретически) и максимально возможной термической стабильности. Это объясняется тем, что подобно тому как Ic увеличивается из-за роста температуры, IE также увеличивается из-за возрастания напряжения на эмиттере, VE, которое, напротив, уменьшает напряжение базы-эмиттера, VBE. Это приводит к уменьшению тока на базе, IB, что возвращает Ic к исходному значению.

Очень высокая стабильность, которую обеспечивает данное смещение, сделало его наиболее широко используем, несмотря на обеспечение уменьшенного коэффициента усиления у усилителя в силу наличия RE. Отдельно от проанализированных основных типов схем смещения, транзисторы с биполярным соединением могут также быть смещены при использовании активных схем или за счёт применения кремниевых или стабилизирующих диодов. Стоит также отметить, что несмотря на то, что схемы смещения объяснены для транзисторов с биполярным соединением, похожие схемы смещения существуют и для транзисторов с эффектом поля.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.