Khi bạn muốn thiết kế mạch bóng bán dẫn lưỡng cực, bạn cần biết cách phân cực chúng. Xu hướng là áp dụng điện cho bóng bán dẫn theo một cách cụ thể để làm cho bóng bán dẫn hoạt động theo cách bạn muốn. Chủ yếu có năm lớp Bộ khuếch đại - Lớp A, Lớp B, Lớp AB, Lớp C và Lớp D. Trong bài viết này, chúng ta sẽ tập trung vào xu hướng bóng bán dẫn trong cấu hình bộ phát chung cho hoạt động của bộ khuếch đại âm tần tuyến tính lớp A, tuyến tính có nghĩa là tín hiệu đầu ra giống như tín hiệu đầu vào nhưng được khuếch đại.
Những thứ cơ bản
Để một bóng bán dẫn silicon thông thường hoạt động ở chế độ hoạt động (được sử dụng trong hầu hết các mạch khuếch đại), đế của nó phải được kết nối với điện áp cao hơn bộ phát ít nhất 0,7V (đối với thiết bị silicon). Sau khi áp dụng điện áp này, bóng bán dẫn bật và dòng điện thu bắt đầu chạy, với mức giảm từ 0,2V đến 0,5V giữa cực thu và cực phát. Trong chế độ hoạt động, dòng điện thu gần bằng dòng điện cơ bản nhân với độ lợi hiện tại (hfe, β) của bóng bán dẫn.
Ib = Ic / hfe Ic = Ib * hfe
Quá trình này được đảo ngược trong bóng bán dẫn PNP, nó ngừng dẫn khi áp dụng một điện áp nhất định vào cơ sở của nó. Tìm hiểu thêm về Transistor NPN và Transistor PNP tại đây.
Thiên vị cố định
Cách đơn giản nhất để phân cực BJT được trình bày trong hình dưới đây, R1 cung cấp phân cực cơ sở và đầu ra được thực hiện giữa R2 và bộ thu thông qua tụ chặn DC, trong khi đầu vào được đưa đến đế thông qua tụ chặn DC. Cấu hình này chỉ nên được sử dụng trong các bộ tiền khuếch đại đơn giản và không bao giờ sử dụng các giai đoạn đầu ra công suất, đặc biệt là với một loa thay vì R2.
Để phân cực bóng bán dẫn, chúng ta cần biết điện áp cung cấp (Ucc), điện áp cực phát (Ube, 0,7V đối với silicon, 0,3 đối với bóng bán dẫn germani), dòng điện cơ bản cần thiết (Ib) hoặc dòng thu (Ic) và độ lợi hiện tại của bóng bán dẫn (hfe, β).
R1 = (Ucc - Ube) / Ib R1 = (Ucc - Ube) / (Ic / hfe)
Giá trị của R2 cho độ lợi và độ méo tối ưu có thể được ước tính bằng cách chia điện áp cung cấp cho dòng thu. Mức tăng của bộ khuếch đại với giá trị này của R2 là cao, xung quanh giá trị của mức tăng hiện tại của bóng bán dẫn (hfe, β). Sau khi thêm tải vào đầu ra, chẳng hạn như loa hoặc tầng khuếch đại tiếp theo, điện áp đầu ra sẽ giảm xuống vì R2 và tải sẽ hoạt động như một bộ phân áp. Nên để trở kháng tải hoặc trở kháng đầu vào của giai đoạn tiếp theo phải lớn hơn R2 ít nhất 4 lần. Các tụ điện ghép nối phải cung cấp ít hơn 1/8 trở kháng tải hoặc trở kháng đầu vào của giai đoạn sau ở tần số hoạt động thấp nhất.
Thiên vị bộ chia điện áp / Thiên vị tự
Hình dưới đây là cấu hình xu hướng được sử dụng rộng rãi nhất, nó ổn định về nhiệt độ và cung cấp độ lợi và độ tuyến tính rất tốt. Trong bộ khuếch đại RF, R3 có thể được thay thế bằng cuộn cảm RF. Ngoài một điện trở cơ bản duy nhất (R1) và điện trở cực thu (R3), chúng ta có một điện trở cơ bản bổ sung (R2) và một điện trở phát (R4). R1 và R2 tạo thành một bộ phân áp và cùng với độ giảm điện áp trên R4 đặt vào hiệu điện thế cơ bản (Ub) của đoạn mạch. Các tính toán phức tạp hơn, do có nhiều thành phần và biến hơn để tính.
Trước tiên, chúng ta bắt đầu với việc tính toán tỷ lệ điện trở của bộ chia điện áp cơ bản, được tính theo công thức hiển thị bên dưới. Để bắt đầu tính toán, chúng ta cần ước tính các giá trị của dòng thu và điện trở R2 & R4. Điện trở R4 có thể được tính toán để giảm 0,5V đến 2V ở dòng thu mong muốn và R2 được đặt lớn hơn R4 từ 10 đến 20 lần. Đối với tiền khuếch đại R4 thường nằm trong khoảng 1k-2k ohm.
R4 không tách rời gây ra phản hồi tiêu cực, giảm độ lợi trong khi giảm độ méo và cải thiện độ tuyến tính. Tách nó bằng tụ điện làm tăng độ lợi vì vậy nên sử dụng tụ điện có giá trị lớn với điện trở nhỏ mắc nối tiếp.