Ak chcete navrhnúť obvody bipolárnych tranzistorov, musíte vedieť, ako ich predpísať. Predpätie aplikuje elektrinu na tranzistor konkrétnym spôsobom, aby tranzistor fungoval tak, ako chcete. Existuje hlavne päť tried zosilňovača - trieda A, trieda B, trieda AB, trieda C a trieda D. V tomto článku sa zameriame na predpätie tranzistora v spoločnej konfigurácii vysielača pre prevádzku zosilňovača lineárnej zvukovej frekvencie triedy A, čo znamená lineárne výstupný signál je rovnaký ako vstupný, ale zosilnený.
Základy
Aby normálny kremíkový tranzistor pracoval v aktívnom režime (používa sa vo väčšine obvodov zosilňovača), musí byť jeho základňa pripojená k napätiu najmenej o 0,7 V (pre kremíkové zariadenia) vyššie ako emitor. Po pripojení tohto napätia sa tranzistor zapne a začne prúdiť kolektorový prúd s poklesom 0,2 V až 0,5 V medzi kolektorom a emitorom. V aktívnom režime je kolektorový prúd zhruba rovnaký ako základný prúd krát prúdový zisk (hfe, β) tranzistora.
Ib = Ic / hfe Ic = Ib * hfe
Tento proces je v PNP tranzistore obrátený, prestane viesť pri aplikácii určitého napätia na jeho základňu. Viac informácií o NPN tranzistoroch a PNP tranzistoroch sa dozviete tu.
Opravené skreslenie
Najjednoduchší spôsob predpätia BJT je uvedený na nasledujúcom obrázku, R1 poskytuje základné predpätie a výstup sa odoberá medzi R2 a kolektorom cez DC blokujúci kondenzátor, zatiaľ čo vstup sa privádza na základňu cez DC blokujúci kondenzátor. Táto konfigurácia by sa mala používať iba v jednoduchých predzosilňovačoch a nikdy nie na výstupných výkonových stupňoch, najmä s reproduktorom namiesto R2.
Pre predpätie tranzistora potrebujeme poznať napájacie napätie (Ucc), napätie základne-emitor (Ube, 0,7 V pre kremík, 0,3 pre germániové tranzistory), požadovaný základný prúd (Ib) alebo kolektorový prúd (Ic) a prúdový zisk tranzistora (hfe, β).
R1 = (Ucc - Ube) / Ib R1 = (Ucc - Ube) / (Ic / hfe)
Hodnotu R2 pre optimálne zosilnenie a skreslenie možno odhadnúť vydelením napájacieho napätia prúdom kolektora. Zisk zosilňovača s touto hodnotou R2 je vysoký, okolo hodnoty aktuálneho zosilnenia tranzistora (hfe, β). Po pridaní záťaže k výstupu, napríklad reproduktoru alebo nasledujúcom stupni zosilnenia, výstupné napätie poklesne z dôvodu R2 a záťaž bude pôsobiť ako delič napätia. Odporúča sa, aby bola impedancia záťaže alebo vstupná impedancia nasledujúceho stupňa najmenej 4-krát väčšia ako R2. Väzbové kondenzátory by mali poskytovať menej ako 1/8 impedancie záťaže alebo vstupnej impedancie nasledujúceho stupňa pri najnižšej prevádzkovej frekvencii.
Predpätie deliča napätia / Vlastné predpätie
Nasledujúci obrázok je najbežnejšie používanou konfiguráciou predpätia, je teplotne stabilný a poskytuje veľmi dobrý zisk a linearitu. Vo VF zosilňovačoch môže byť R3 nahradený RF tlmivkou. Okrem jedného základného odporu (R1) a kolektorového odporu (R3) máme ďalší základný odpor (R2) a odpor emitora (R4). R1 a R2 tvoria delič napätia a spolu s poklesom napätia na R4 nastaveným na základné napätie (Ub) obvodu. Výpočty sú komplikovanejšie, pretože je potrebné zohľadniť viac komponentov a premenných.
Najprv začneme výpočtom rezistorového pomeru rozdeľovača základného napätia diktovaného vzorcom uvedeným nižšie. Na začatie výpočtov musíme odhadnúť hodnoty kolektorového prúdu a rezistorov R2 a R4. Je možné vypočítať, že rezistor R4 poklesne o 0,5 V na 2 V pri požadovanom kolektorovom prúde a R2 je nastavený na 10 až 20-krát väčší ako R4. Pre predzosilňovače je R4 zvyčajne v rozsahu 1k-2k ohmov.
Neodpojený R4 spôsobuje negatívnu spätnú väzbu, znižuje zisk pri súčasnom znižovaní skreslenia a zlepšuje linearitu. Oddelenie od kondenzátora zvyšuje zisk, preto sa odporúča používať sériovo zapojený kondenzátor vysokej hodnoty s malým odporom.