10. Metode de polarizare ale tranzistorului

Acasă » Electronică analogică » 04 - Tranzistorul

Scop

Până în acest moment, am folosit o sursă de tensiune de curent continuu (baterie) conectată în serie cu semnalul de intrare în curent alternativ pentru polarizarea tranzistorului, indiferent de clasa de funcţionare din care făcea parte. În realitate, conectarea unei baterii cu o tensiune precisă la intrarea amplificatorului nu este o soluţie deloc practică. Chiar dacă am putea găsi o baterie care să producă exact cantitatea de tensiune necesară pentru o anumită polarizare, acea tensiune nu poate fi menţinută pe toată durata de funcţionare a bateriei. Când aceasta începe să se descarce, tensiunea sa de ieşire scade, iar amplificatorul se va îndrepta spre clasa de funcţionare B.

Exemplu

Circuitul iniţial

Să considerăm circuitul alăturat.

Includerea unei baterii cu o tensiune de polarizare (V_polarizare) într-un circuit de amplificare, nu este practică în realitate.

Utilizarea unui divizor de tensiune

O metodă mult mai practică pentru obţinerea tensiunii de polarizare este folosirea unei reţele divizoare de tensiune conectată la bateria de 15 V, baterie care oricum este necesară pentru funcţionarea amplificatorului. Circuitele divizoare de tensiune sunt şi ele uşor de proiectat şi construit, prin urmare, o astfel de configuraţie se prezintă conform figurii alăturate.

Dacă alegem o pereche de rezistori R₂ şi R₃ a căror rezistenţe să producă o tensiune de 2,3 V pe rezistorul R₃ dintr-o tensiune totală disponibilă de 15 V (R₂ = 8,644 Ω, R₃ = 1,533 Ω, de exemplu), vom obţine o tensiune de polarizare în curent continuu de 2,3 V între baza şi emitorul tranzistorului, atunci când nu există semnal de intrare. Singura problemă este că, această configuraţie conectează sursa de semnal de curent alternativ direct în paralel cu rezistorul R₃ al divizorului de tensiune. Acest lucru nu este acceptabil, deoarece sursa de curent alternativ va „învinge” tensiunea de curent continuu de la bornele rezistorului R₃. Componentele conectate în paralel trebuie să posede acelaşi tip de tensiune la bornele lor; prin urmare, dacă o sursă de curent alternativ este conectată direct la bornele unui rezistor dintr-un divizor de tensiune de curent continuu, sursa de curent alternativ va „învinge” tot timpul, neexistând nicio componentă de curent continuu în forma de undă a semnalului.

Utilizarea unui condensator de cuplaj

O modalitate prin care această configuraţie poate funcţiona, deşi este posibil să nu fie evident de ce, este prin conectarea unui condensator de cuplaj între sursa de curent alternativ şi divizorul de tensiune, astfel.

Condensatorul formează un filtru trece-sus între sursa de tensiune în curent alternativ şi divizorul de tensiune în curent continuu; întregul semnal (aproximativ) de curent alternativ va trece înspre tranzistor, iar tensiunea de curent continuu nu va putea ajunge la sursa de semnal. Acest lucru este mult mai clar dacă ne folosim de teorema superpoziţiei, conform căreia, orice circuit liniar poate fi analizat considerând că doar o singură sursă de alimentare funcţionează în acelaşi timp în circuit. Rezultatul/efectul final poate fi aflat prin însumarea algebrică a efectelor tuturor surselor de putere luate individual. Dacă am separa condensatorul şi divizorul de tensiune R₂--R₃ de restul amplificatorului, am înţelege mai bine cum funcţionează această superpoziţie între curentul continuu şi cel alternativ.

Sursa de curent alternativ

Dacă luăm în considerare doar sursa de semnal de curent alternativ şi un condensator cu o impedanţă arbitrară mică la frecvenţa semnalului, majoritatea semnalului de curent alternativ se va regăsi pe rezistorul R₃. Datorită impedanţei foarte mici a condensatorului de cuplaj la frecvenţa de semnal, acesta se comportă precum un scurt-circuit (fir simplu), prin urmare, poate fi omis din figura alăturată.

Sursa de curent continuu

Dacă ar fi să conectăm doar sursa de tensiune de curent continuu (bateria de 15 V), condensatorul se va comporta precum un circuit deschis, prin urmare nici acesta şi nici sursa de semnal de curent alternativ nu vor avea niciun efect asupra modului de funcţionare al divizorului de tensiune R₂--R₃:

Aplicarea teoremei superpoziţiei

Folosind teorema superpoziţiei, şi combinând cele două analize separate ale circuitului, obţinem o tensiune (de superpoziţie) de aproximativ 1,5 V curent alternativ şi 2,3 V curent continuu, tensiuni ce vor fi aplicate la intrarea tranzistorului. Observaţi în circuitul alăturat, că tranzistorul nu a fost conectat.

Folosind un condensator de 100 µF, putem obţine o impedanţă de 0,8 Ω la frecvenţa de 2.000 Hz.

Putem observa că acest circuit distorsionează puternic forma undei curentului de ieşire (albastru). Unda sinusoidală este tăiată pe majoritatea semi-alternanţei negativă a semnalului de tensiune de intrare (roşu). Acest lucru ne spune că tranzistorul intră în starea de blocare, deşi nu ar trebui. De ce se întâmplă acest lucru? Această nouă metodă de polarizare ar trebui să genereze o tensiune de polarizare în curent continuu de 2,3 V.

Conectarea tranzistorului în circuit

Dacă în circuit avem doar condensatorul şi divizorul de tensiune format din R₂--R₃, acesta va furniza o tensiune de polarizare de exact 2,3 V. Totuşi, după ce conectăm tranzistorul la acest circuit, lucrurile se schimbă. Curentul existent prin baza tranzistorului se va aduna la curentul deja existent prin divizor şi va reduce tensiunea de polarizare disponibilă pentru tranzistor. Folosind modelul diodă-sursă-de-curent al tranzistorului, problema polarizării devine mai clară.

Modificarea rezistenţelor de intrare

Ieşirea unui divizor de tensiune depinde nu doar de mărimea rezistorilor săi componenţi, ci şi de cantitatea de curent „divizată” de aceasta spre o sarcină. Joncţiunea P-N a tranzistorului reprezintă o sarcină datorită căreia tensiunea de curent continuu la bornele rezistorului R₃ scade; curentul de polarizare se însumează cu cel de pe rezistorul R₃, modificând raportul rezistenţelor calculat înainte, când am luat în considerare doar cei doi rezistori, R₂ şi R₃. Pentru obţinerea unei tensiuni de polarizare de 2,3 V, valorile rezistorilor R₂ şi/sau R₃ trebuiesc ajustate pentru compensarea efectului curentului de bază. Pentru creşterea tensiunii de polarizare de pe R₃, putem scădea valoarea lui R₂, creşte valoarea lui R₃, sau ambele.

Graficul formelor de undă

Folosind noi valori pentru cei doi rezistori (R₂ = 6 kΩ, R₃ = 4 kΩ), graficul formelor de undă corespunde unui amplificator de clasă A, exact ceea ce urmăream.