Zaloguj się
Wszystkie
5 października 2023
3766
Pojęcia i definicje
Na czym polega ustawienie punktu pracy tranzystora bipolarnego?
Ustawiając punkt pracy tranzystora określasz wartości:
- prądu bazy,
- prądu kolektora,
- prądu emitera.
W większości przypadków dokonuje się tego poprzez obliczenie rezystancji w obwodach bazy, kolektora i emitera. Po dołączeniu tych rezystorów i podaniu napięcia zasilania tranzystor bipolarny, w wyniku swoich fizycznych cech, zachowuje się podobnie jak rezystor zmienny i powoduje przepływ pożądanych prądów.
Ogólna zasada konfiguracji
Ogólną zasadę konfiguracji tranzystora bipolarnego pokazano na rysunku powyżej. Tranzystor i wraz z elementami nastawczymi jest reprezentowany przez jeden blok. Jest on połączony szeregowo z rezystorem obciążenia RL, który jest podłączony pomiędzy kolektorem a zasilaczem. W rezultacie prąd polaryzacji Ic popłynie przez połączenie szeregowe rezystora RL i tranzystora. Ten prąd polaryzacji nazywany jest także „prądem spoczynkowym”.
Konsekwencją prądu Ic jest spadek napięcia na rezystorze RL i tranzystorze. Napięcie na styku obu elementów nazywa się napięciem wyjściowym Uout. Wykres po prawej stronie rysunku pokazuje zależność pomiędzy prądem polaryzacji Ic, napięciem wyjściowym Uout i napięciem wejściowym Uin.
Zależność pomiędzy prądem i napięciem jest pokazana linią ciągłą, stosunek pomiędzy dwoma napięciami linią przerywaną. Jeżeli napięcie Uin jest mniejsze od określonej wartości, przez obwód nie będzie przepływał żaden prąd. Obwód zachowuje się wtedy jak przerwa. Jest to pokazane w lewym zacienionym obszarze. Napięcie wyjściowe jest wówczas maksymalne i równe wartości napięcia zasilania. Mówi się, że tranzystor jest „zatkany”. Jeśli napięcie wejściowe przekroczy określoną wartość, prąd polaryzacji Ic stanie się równy maksymalnej wartości, która może przepływać przez obwód. Wartość ta jest równa +Ub/RL, czyli napięcie zasilania podzielone przez rezystancję obciążenia. W tym momencie napięcie wyjściowe wynosi zero, a tranzystor zachowuje się jak zwarcie. Jest to reprezentowane przez prawy zacieniony obszar na wykresie. Mówi się, że tranzystor jest „w stanie nasycenia”.
Zakres pracy
Gdy tranzystor pracuje, tj. gdy obecny jest sygnał wejściowy, ten sygnał wejściowy zapewna wzrost i spadek napięcia polaryzacji Uout. Wartość tego napięcia przebiega zatem w tę i z powrotem po poziomej osi wykresu. W wyniku tej modulacji natężenie prądu Ic również będzie się zwiększać i zmniejszać. Istnieją dwa podstawowe systemy określające obszar roboczy, w którym będzie płynął prąd:
- Regulacja cyfrowa. Jeśli tranzystor ma działać jako element cyfrowy, należy upewnić się, że półprzewodnik jest regulowany tylko w zacienionych obszarach. Prąd jest wtedy maksymalny lub zerowy. Napięcie wyjściowe staje się zatem zerowe, co cyfrowo odpowiada „L”, lub maksimum, co cyfrowo odpowiada „H”.
- Ustawienie liniowe. Jeżeli tranzystor ma pracować jako wzmacniacz, należy zwrócić uwagę, aby półprzewodnik był ustawiony pomiędzy zacienionymi obszarami. Prąd nie może nigdy kończyć się w żadnym z zacienionych obszarów. Tranzystor działa wówczas jako rezystor zmienny i dzięki temu działaniu na wyjściu pojawi się napięcie proporcjonalne do napięcia wejściowego.
Klasy ustawień
Na arenie międzynarodowej uzgodniono kodowanie literowe opisujące obszar, w którym ustawiony jest tranzystor bipolarny. To kodowanie pokazano również na wcześniejszym wykresie. Wyróżnia się następujące ustawienia – klasy:
- klasa A,
- klasa B,
- klasa AB,
- klasa C,
- klasa D.
Ustawienie klasy A
Przy tym ustawieniu tranzystor pracuje całkowicie w niezacienionej części wykresu, dlatego zawsze działa jako rezystor zmienny. Wartość zadana A znajduje się w środku niezacienionego obszaru. Takie ustawienie jest domyślnym ustawieniem dla przedwzmacniaczy audio, regulatorów tonu, mikserów i tym podobnych.
Ustawienie klasy B
Przy tym ustawieniu tranzystor jest ustawiony tak, że prąd polaryzacji wynosi dokładnie zero. Wartość zadana B znajduje się dokładnie w miejscu wyłączenia tranzystora. To ustawienie jest często stosowane we wzmacniaczach mocy, gdzie dwa tranzystory są połączone w specjalny sposób tak, że każdy półprzewodnik odpowiada tylko za połowę sygnału.
Ustawienie klasy AB
To ustawienie mieści się pomiędzy wartościami zadanymi A i B. W stanie spoczynku przez tranzystor przepływa dość mały prąd polaryzacji. Ale jeśli nałożysz sygnał na prąd spoczynkowy, tranzystor czasami się wyłączy. To ustawienie jest również często używane w przypadku wzmacniaczy mocy.
Ustawienie klasy C
Przy tym ustawieniu tranzystor jest całkowicie ustawiony w obszarze blokującym. Jeśli modulujesz prąd spoczynkowy małym sygnałem, tranzystor nadal pozostanie wyłączony. Tylko jeśli modulujesz prąd spoczynkowy bardzo dużym sygnałem, dodatnie szczyty tego prądu sprawią, że tranzystor będzie przewodził. Wartość zadana C znajduje się zatem całkowicie w lewej zacienionej strefie. To ustawienie jest często używane we wzmacniaczach HF, gdzie duże zniekształcenia sygnału związane z tym ustawieniem nie mają znaczenia.
Ustawienie klasy D
Nazywa się to czasem „ustawieniem cyfrowym” tranzystora. W tej klasie nie ma prądu spoczynkowego, a prąd sygnałowy ma tylko dwie wartości. Zapewniają one, że tranzystor jest albo zablokowany, albo w stanie nasycenia. Napięcie wyjściowe wynosi zatem zero lub maksimum, co odpowiada sygnałom cyfrowym „L” i „H”. To ustawienie stosowane jest np. w cyfrowych wzmacniaczach mocy, gdzie sygnał dźwiękowy prezentowany jest w formie cyfrowej (sygnał PWM) i w takiej postaci trafia do głośnika. Pomiędzy wyjście wzmacniacza a głośnik podłączony jest filtr dolnoprzepustowy, który zapewnia konwersję sygnałów cyfrowych z powrotem na sygnał analogowy.
Facebook
Twitter
Linkedin
Kup teraz
