Pokud chcete navrhnout obvody bipolárních tranzistorů, musíte vědět, jak je ovlivnit. Předpětí aplikuje elektřinu na tranzistor konkrétním způsobem, aby tranzistor fungoval tak, jak chcete. Existuje hlavně pět tříd zesilovače - třída A, třída B, třída AB, třída C a třída D. V tomto článku se zaměříme na předpětí tranzistoru ve společné konfiguraci emitoru pro provoz zesilovače lineární zvukové frekvence třídy A, což znamená lineární výstupní signál je stejný jako vstupní, ale zesílený.
Základy
Aby normální křemíkový tranzistor pracoval v aktivním režimu (používá se ve většině obvodů zesilovače), musí být jeho základna připojena k napětí nejméně o 0,7 V (u křemíkových zařízení) vyššímu než emitor. Po přivedení tohoto napětí se tranzistor zapne a začne protékat kolektorový proud s poklesem 0,2 V až 0,5 V mezi kolektorem a emitorem. V aktivním režimu je kolektorový proud zhruba stejný jako základní proud krát proudový zisk (hfe, β) tranzistoru.
Ib = Ic / hfe Ic = Ib * hfe
Tento proces je v PNP tranzistoru obrácen, přestane vodit při aplikaci určitého napětí na jeho základnu. Další informace o tranzistorech NPN a PNP najdete zde.
Opravené zkreslení
Nejjednodušší způsob zkreslení BJT je uveden na následujícím obrázku, R1 poskytuje základní zkreslení a výstup je odebírán mezi R2 a kolektorem přes DC blokovací kondenzátor, zatímco vstup je přiváděn k základně přes DC blokovací kondenzátor. Tato konfigurace by se měla používat pouze v jednoduchých předzesilovačích a nikdy v koncových stupních napájení, zejména s reproduktorem místo R2.
Pro zkreslení tranzistoru potřebujeme znát napájecí napětí (Ucc), napětí základny a emitoru (Ube, 0,7 V pro křemík, 0,3 pro germaniové tranzistory), požadovaný základní proud (Ib) nebo kolektorový proud (Ic) a proudový zisk tranzistoru (hfe, β).
R1 = (Ucc - Ube) / Ib R1 = (Ucc - Ube) / (Ic / hfe)
Hodnotu R2 pro optimální zisk a zkreslení lze odhadnout vydělením napájecího napětí proudem kolektoru. Zisk zesilovače s touto hodnotou R2 je vysoký, kolem hodnoty aktuálního zisku tranzistoru (hfe, β). Po přidání zátěže na výstup, jako je reproduktor nebo další stupeň zesílení, výstupní napětí poklesne kvůli R2 a zátěž bude fungovat jako dělič napětí. Doporučuje se, aby impedance zátěže nebo vstupní impedance dalšího stupně byla alespoň 4krát větší než R2. Vazební kondenzátory by měly poskytovat méně než 1/8 impedance zátěže nebo vstupní impedance následujícího stupně při nejnižší frekvenci provozu.
Předpětí děliče napětí / zkreslení sebe sama
Níže uvedený obrázek je nejpoužívanější konfigurací předpětí, je teplotně stabilní a poskytuje velmi dobrý zisk a linearitu. V RF zesilovačích může být R3 nahrazen RF tlumivkou. Kromě jednoho základního odporu (R1) a kolektorového odporu (R3) máme další základní odpor (R2) a odpor emitoru (R4). R1 a R2 tvoří dělič napětí a spolu s poklesem napětí na R4 nastaveným na základní napětí (Ub) obvodu. Výpočty jsou složitější, protože je třeba zohlednit více komponent a proměnných.
Nejprve začneme výpočtem rezistorového poměru děliče základního napětí, který je dán vzorcem uvedeným níže. Pro zahájení výpočtů musíme odhadnout hodnoty kolektorového proudu a rezistorů R2 a R4. Odpor R4 lze vypočítat tak, že poklesne o 0,5 V na 2 V při požadovaném kolektorovém proudu a R2 je nastaven na 10 až 20krát větší hodnotu než R4. U předzesilovačů je R4 obvykle v rozsahu 1k-2k ohmů.
Neodpojený R4 způsobuje negativní zpětnou vazbu, snižuje zisk při současném snižování zkreslení a zlepšuje linearitu. Oddělení od kondenzátoru zvyšuje zesílení, proto se doporučuje použít sériově zapojený kondenzátor velké hodnoty s malým odporem.