Xu hướng bóng bán dẫn

Xu hướng bóng bán dẫn

Transistor Biasing là quá trình thiết lập các điều kiện dòng điện hoặc điện áp hoạt động DC của bóng bán dẫn ở mức chính xác để bất kỳ tín hiệu đầu vào AC nào có thể được khuếch đại chính xác bởi bóng bán dẫn

Hoạt động ở trạng thái ổn định của bóng bán dẫn phụ thuộc rất nhiều vào giá trị dòng điện cơ bản, điện áp bộ góp và dòng điện cực góp của nó và do đó, nếu bóng bán dẫn hoạt động chính xác như một bộ khuếch đại tuyến tính, nó phải được phân cực đúng xung quanh điểm hoạt động của nó.

Việc thiết lập điểm hoạt động chính xác yêu cầu lựa chọn điện trở phân cực và điện trở tải để cung cấp dòng điện đầu vào và điều kiện điện áp bộ thu thích hợp. Điểm xu hướng chính xác cho bóng bán dẫn lưỡng cực, NPN hoặc PNP, thường nằm ở đâu đó giữa hai cực của hoạt động liên quan đến việc nó là “hoàn toàn BẬT” hoặc “TẮT hoàn toàn” dọc theo đường tải DC của nó. Điểm hoạt động trung tâm này được gọi là “hoạt động gì Operating điểm”, hay Q-point cho ngắn.

Khi một bóng bán dẫn lưỡng cực được phân cực để điểm Q nằm gần giữa phạm vi hoạt động của nó, tức là khoảng giữa khoảng cắt và bão hòa, nó được cho là đang hoạt động như một bộ khuếch đại Class-A. Chế độ hoạt động này cho phép điện áp đầu ra tăng và giảm xung quanh điểm Q của bộ khuếch đại mà không bị biến dạng khi tín hiệu đầu vào dao động trong một chu kỳ hoàn chỉnh. Nói cách khác, đầu ra có sẵn cho toàn bộ 360 o của chu kỳ đầu vào.

Vậy làm cách nào để thiết lập xu hướng điểm Q của bóng bán dẫn? - Xu hướng chính xác của bóng bán dẫn đạt được bằng cách sử dụng một quá trình thường được gọi là Phân cực cơ sở .

Nhưng trước khi chúng ta bắt đầu xem xét các cách sắp xếp xu hướng bóng bán dẫn khác nhau có thể xảy ra , trước tiên chúng ta hãy nhắc nhở bản thân về một mạch bóng bán dẫn đơn cơ bản cùng với các điện áp và dòng điện của nó như hình bên trái.

Chức năng của “DC Bias level” là đặt điểm Q của bóng bán dẫn một cách chính xác bằng cách đặt dòng Thu ( I C ) của nó thành giá trị trạng thái ổn định và không đổi mà không có bất kỳ tín hiệu đầu vào bên ngoài nào được áp dụng cho bóng bán dẫn cơ sở.

Trạng thái ổn định hoặc điểm hoạt động DC này được đặt bởi các giá trị của điện áp nguồn DC (  Vcc  ) của mạch và giá trị của bất kỳ điện trở xu hướng nào được kết nối với bóng bán dẫn Đầu cuối cơ sở.

Vì các bóng bán dẫn Dòng phân cực cơ sở là dòng điện một chiều trạng thái ổn định, việc sử dụng các tụ điện ghép nối và rẽ nhánh thích hợp sẽ giúp chặn bất kỳ dòng điện xu hướng nào từ tầng bóng bán dẫn khác ảnh hưởng đến các điều kiện phân cực tiếp theo. Mạng phân cực cơ sở có thể được sử dụng cho các cấu hình bóng bán dẫn gốc chung (CB), bộ thu chung (CC) hoặc bộ phát chung (CE). Trong hướng dẫn về xu hướng bóng bán dẫn đơn giản này, chúng ta sẽ xem xét các cách sắp xếp xu hướng khác nhau có sẵn cho Bộ khuếch đại phát điện chung.

Xu hướng cơ sở một bộ khuếch đại phát điện chung

Một trong những mạch phân cực được sử dụng thường xuyên nhất cho mạch bóng bán dẫn là với mạch phân cực tự phân cực của mạch phát-phân cực là một hoặc nhiều điện trở phân cực được sử dụng để thiết lập giá trị DC ban đầu cho ba dòng điện bán dẫn, (  I B  ), (  I C  ) và (  I E  ).

Hai dạng phổ biến nhất của xu hướng bóng bán dẫn lưỡng cực là: Phụ thuộc Beta và Độc lập Beta . Điện áp phân cực của bóng bán dẫn phần lớn phụ thuộc vào beta của bóng bán dẫn, (  β  ) vì vậy xu hướng được thiết lập cho một bóng bán dẫn có thể không nhất thiết giống với bóng bán dẫn khác vì giá trị beta của chúng có thể khác nhau. Xu hướng bóng bán dẫn có thể đạt được bằng cách sử dụng một điện trở nguồn cấp trở lại đơn hoặc bằng cách sử dụng mạng phân áp đơn giản để cung cấp điện áp xu hướng cần thiết.

Sau đây là năm ví dụ về cấu hình phân cực cơ sở bóng bán dẫn từ một nguồn cung cấp duy nhất (  Vcc  ).

Đã cố định xu hướng cơ sở một bóng bán dẫn

Mạch hiển thị được gọi là "mạch phân cực cơ sở cố định", bởi vì dòng điện cơ sở của bóng bán dẫn, I B không đổi đối với các giá trị Vcc cho trước , và do đó điểm hoạt động của bóng bán dẫn cũng phải cố định. Mạng xu hướng hai điện trở này được sử dụng để thiết lập vùng hoạt động ban đầu của bóng bán dẫn sử dụng phân cực dòng điện cố định.

Loại sắp xếp xu hướng bóng bán dẫn này cũng là xu hướng phụ thuộc beta vì điều kiện hoạt động ở trạng thái ổn định là một hàm của giá trị beta β của bóng bán dẫn , do đó, điểm xu hướng sẽ thay đổi trong một phạm vi rộng đối với bóng bán dẫn cùng loại với các đặc tính của các bóng bán dẫn sẽ không hoàn toàn giống nhau.

Các diode emitter của transistor được mong thiên vị bằng cách áp dụng các yêu cầu điện áp thiên vị cơ sở tích cực thông qua việc hạn chế điện trở hiện tại R B . Giả sử một bóng bán dẫn lưỡng cực tiêu chuẩn, điện áp bộ phát gốc phía trước sẽ là 0,7V. Khi đó giá trị của R B đơn giản là: (V CC - V BE ) / I B trong đó I B được định nghĩa là I C / β .

Với kiểu sắp xếp xu hướng đơn điện trở này, điện áp và dòng điện xu hướng không duy trì ổn định trong quá trình hoạt động của bóng bán dẫn và có thể thay đổi rất nhiều. Ngoài ra, nhiệt độ hoạt động của bóng bán dẫn có thể ảnh hưởng xấu đến điểm hoạt động.

Xu hướng phản hồi của bộ thu thập một bóng bán dẫn

Cấu hình phản hồi bộ thu tự phân cực này là một phương pháp phân cực phụ thuộc beta khác yêu cầu hai điện trở để cung cấp phân cực DC cần thiết cho bóng bán dẫn. Cấu hình phản hồi bộ thu đến cơ sở đảm bảo rằng bóng bán dẫn luôn được phân cực trong vùng hoạt động bất kể giá trị của Beta ( β ). Điện áp phân cực cơ sở DC được lấy từ điện áp bộ thu V C , do đó cung cấp độ ổn định tốt.

Trong mạch này, điện trở phân cực cơ sở, R B được kết nối với bộ thu bóng bán dẫn C , thay vì với đường ray điện áp cung cấp, Vcc . Bây giờ nếu dòng thu tăng, điện áp bộ thu sẽ giảm xuống, làm giảm biến tần cơ sở và do đó tự động giảm dòng cực thu để giữ cố định điểm Q của bóng bán dẫn. Do đó phương pháp này phản hồi thu xu hướng tạo ra phản hồi tiêu cực tròn transistor như có một phản hồi trực tiếp từ các thiết bị đầu cuối đầu ra cho thiết bị đầu cuối đầu vào thông qua điện trở, R B .

Kể từ khi điện áp xu hướng có nguồn gốc từ trình đơn thả điện áp trên điện trở tải, R L , nếu tải tăng hiện tại sẽ có sự sụt giảm điện áp lớn hơn trên R L , và một tương ứng giảm điện áp thu, V C . Hiệu ứng này sẽ gây ra sự sụt giảm tương ứng trong dòng điện cơ bản I B , từ đó đưa I C trở lại trạng thái bình thường.

Phản ứng ngược lại cũng sẽ xảy ra khi dòng thu của bóng bán dẫn giảm. Sau đó, phương pháp phân cực này được gọi là tự phân cực với sự ổn định của các bóng bán dẫn sử dụng loại mạng phân cực phản hồi này nói chung là tốt cho hầu hết các thiết kế bộ khuếch đại.

Xu hướng bóng bán dẫn phản hồi kép

Việc thêm một điện trở bổ sung vào mạng phân cực cơ sở của cấu hình trước đó cải thiện tính ổn định hơn nữa đối với các biến thể trong Beta, (  β  ) bằng cách tăng dòng điện chạy qua các điện trở phân cực cơ bản.

Dòng điện chảy qua R B1 thường được đặt ở một giá trị tương đương với khoảng 10% số nhà sưu tập hiện tại, tôi C . Rõ ràng nó cũng phải lớn hơn dòng điện cơ bản cần thiết cho giá trị nhỏ nhất của Beta, β .

Một trong những ưu điểm của kiểu cấu hình tự phân cực này là hai điện trở cung cấp đồng thời cả xu hướng tự động và phản hồi R.

Xu hướng bóng bán dẫn với phản hồi máy phát

Loại cấu hình xu hướng bóng bán dẫn này, thường được gọi là xu hướng tự phát, sử dụng cả phản hồi cực phát và cực thu gốc để ổn định dòng điện thu hơn nữa. Điều này là do các điện trở R B1 và R E cũng như điểm nối cực phát của bóng bán dẫn đều được mắc nối tiếp hiệu quả với điện áp cung cấp, V CC .

Nhược điểm của cấu hình phản hồi bộ phát này là nó làm giảm độ lợi đầu ra do kết nối điện trở cơ bản. Điện áp bộ góp xác định dòng điện chạy qua điện trở phản hồi, R B1 tạo ra cái được gọi là “phản hồi suy biến”.

Dòng điện chạy từ bộ phát, I E (là sự kết hợp của I C  + I B ) gây ra sự sụt giảm điện áp xuất hiện trên R E theo hướng như vậy, nó làm lệch hướng tiếp giáp cực phát gốc.

Vì vậy, nếu dòng phát tăng, do dòng thu tăng, sụt áp I * R E cũng tăng. Vì cực tính của điện áp đảo ngược này làm lệch điểm nối bộ phát gốc, I B tự động giảm. Do đó, dòng phát tăng ít hơn so với mức tăng nếu không có điện trở tự phân cực.

Nói chung, các giá trị điện trở được thiết lập để cho điện áp rơi trên điện trở phát R E xấp xỉ 10% V CC và dòng chảy qua điện trở R B1 là 10% của các nhà sưu tập hiện tại tôi C .

Vì vậy, loại cấu hình xu hướng bóng bán dẫn này hoạt động tốt nhất ở điện áp cung cấp điện tương đối thấp.

Xu hướng bán dẫn phân chia điện áp

Ở đây cấu hình transistor cực phát phổ biến được thiên về sử dụng mạng phân áp để tăng tính ổn định. Tên của cấu hình xu hướng này xuất phát từ thực tế là hai điện trở R B1 và R B2 tạo thành một mạng phân chia điện áp hoặc điện thế trên nguồn cung cấp với điểm nối trung tâm của chúng được kết nối với đầu cuối cơ sở của bóng bán dẫn như được hiển thị.

Cấu hình xu hướng phân áp này là phương pháp phân cực bán dẫn được sử dụng rộng rãi nhất. Diode phát của bóng bán dẫn được phân cực thuận bởi giá trị điện áp được phát triển trên điện trở R B2 . Ngoài ra, xu hướng mạng bộ chia điện áp làm cho mạch bóng bán dẫn độc lập với những thay đổi trong beta vì điện áp xu hướng được đặt ở chân bóng bán dẫn, cực phát và cực thu không phụ thuộc vào các giá trị mạch bên ngoài.

Để tính toán điện áp phát triển trên điện trở R B2 và do đó điện áp đặt vào đầu nối cơ sở, chúng ta chỉ cần sử dụng công thức phân áp cho các điện trở mắc nối tiếp.

Nói chung điện áp rơi trên điện trở R B2 nhỏ hơn nhiều so với điện trở R B1 . Rõ ràng là điện áp cơ bản của bóng bán dẫn V B đối với mặt đất, sẽ bằng điện áp trên R B2 .

Lượng dòng điện xu hướng chạy qua điện trở R B2 thường được đặt thành 10 lần giá trị của dòng điện cơ bản yêu cầu I B sao cho nó đủ cao để không ảnh hưởng đến dòng điện phân áp hoặc thay đổi trong Beta.

Mục tiêu của Xu hướng bóng bán dẫn là thiết lập điểm hoạt động tĩnh đã biết, hoặc điểm Q để bóng bán dẫn lưỡng cực hoạt động hiệu quả và tạo ra tín hiệu đầu ra không bị biến dạng. Xu hướng DC đúng của bóng bán dẫn cũng thiết lập vùng hoạt động AC ban đầu của nó với các mạch xu hướng thực tế sử dụng mạng phân cực hai hoặc bốn điện trở.

Trong mạch bóng bán dẫn lưỡng cực, điểm Q được biểu thị bằng (  V CE , I C  ) đối với bóng bán dẫn NPN hoặc (  V EC , I C  ) đối với bóng bán dẫn PNP. Tính ổn định của mạng phân cực cơ sở và do đó điểm Q thường được đánh giá bằng cách coi dòng điện góp là hàm của cả Beta ( β ) và nhiệt độ.

Ở đây chúng ta đã xem xét ngắn gọn năm cấu hình khác nhau cho "xu hướng một bóng bán dẫn" sử dụng mạng điện trở. Nhưng chúng ta cũng có thể thiên vị một bóng bán dẫn bằng cách sử dụng điốt silicon, điốt zener hoặc mạng hoạt động tất cả được kết nối với đầu cuối cơ sở của bóng bán dẫn. Chúng tôi cũng có thể phân cực chính xác bóng bán dẫn từ nguồn điện áp kép nếu muốn.