Metode de polarizare ale tranzistorului

Metode de polarizare ale tranzistorului

Scop

Pana in acest moment, am folosit o sursa de tensiune de curent continuu (baterie) conectata in serie cu semnalul de intrare in curent alternativ pentru polarizarea tranzistorului, indiferent de clasa de functionare din care facea parte. In realitate, conectarea unei baterii cu o tensiune precisa la intrarea amplificatorului nu este o solutie deloc practica. Chiar daca am putea gasi o baterie care sa produca exact cantitatea de tensiune necesara pentru o anumita polarizare, acea tensiune nu poate fi mentinuta pe toata durata de functionare a bateriei. Cand aceasta incepe sa se descarce, tensiunea sa de iesire scade, iar amplificatorul se va indrepta spre clasa de functionare B.

Exemplu

Circuitul initial

Sa consideram circuitul alaturat.

Includerea unei baterii cu o tensiune de polarizare (V_polarizare) intr-un circuit de amplificare, nu este practica in realitate.

Utilizarea unui divizor de tensiune

O metoda mult mai practica pentru obtinerea tensiunii de polarizare este folosirea unei retele divizoare de tensiune conectata la bateria de 15 V, baterie care oricum este necesara pentru functionarea amplificatorului. Circuitele divizoare de tensiune sunt si ele usor de proiectat si construit, prin urmare, o astfel de configuratie se prezinta conform figurii alaturate.

Daca alegem o pereche de rezistori R₂ si R₃ a caror rezistente sa produca o tensiune de 2,3 V pe rezistorul R₃ dintr-o tensiune totala disponibila de 15 V (R₂ = 8,644 Ω, R₃ = 1,533 Ω, de exemplu), vom obtine o tensiune de polarizare in curent continuu de 2,3 V intre baza si emitorul tranzistorului, atunci cand nu exista semnal de intrare. Singura problema este ca, aceasta configuratie conecteaza sursa de semnal de curent alternativ direct in paralel cu rezistorul R₃ al divizorului de tensiune. Acest lucru nu este acceptabil, deoarece sursa de curent alternativ va "invinge" tensiunea de curent continuu de la bornele rezistorului R₃. Componentele conectate in paralel trebuie sa posede acelasi tip de tensiune la bornele lor; prin urmare, daca o sursa de curent alternativ este conectata direct la bornele unui rezistor dintr-un divizor de tensiune de curent continuu, sursa de curent alternativ va "invinge" tot timpul, neexistand nicio componenta de curent continuu in forma de unda a semnalului.

Utilizarea unui condensator de cuplaj

O modalitate prin care aceasta configuratie poate functiona, desi este posibil sa nu fie evident de ce, este prin conectarea unui condensator de cuplaj intre sursa de curent alternativ si divizorul de tensiune, astfel.

Condensatorul formeaza un filtru trece-sus intre sursa de tensiune in curent alternativ si divizorul de tensiune in curent continuu; intregul semnal (aproximativ) de curent alternativ va trece inspre tranzistor, iar tensiunea de curent continuu nu va putea ajunge la sursa de semnal. Acest lucru este mult mai clar daca ne folosim de teorema superpozitiei, conform careia, orice circuit liniar poate fi analizat considerand ca doar o singura sursa de alimentare functioneaza in acelasi timp in circuit. Rezultatul/efectul final poate fi aflat prin insumarea algebrica a efectelor tuturor surselor de putere luate individual. Daca am separa condensatorul si divizorul de tensiune R₂--R₃ de restul amplificatorului, am intelege mai bine cum functioneaza aceasta superpozitie intre curentul continuu si cel alternativ.

Sursa de curent alternativ

Daca luam in considerare doar sursa de semnal de curent alternativ si un condensator cu o impedanta arbitrara mica la frecventa semnalului, majoritatea semnalului de curent alternativ se va regasi pe rezistorul R₃. Datorita impedantei foarte mici a condensatorului de cuplaj la frecventa de semnal, acesta se comporta precum un scurt-circuit (fir simplu), prin urmare, poate fi omis din figura alaturata.

Sursa de curent continuu

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

Aplicarea teoremei superpozitiei

Folosind teorema superpozitiei, si combinand cele doua analize separate ale circuitului, obtinem o tensiune (de superpozitie) de aproximativ 1,5 V curent alternativ si 2,3 V curent continuu, tensiuni ce vor fi aplicate la intrarea tranzistorului. Observati in circuitul alaturat, ca tranzistorul nu a fost conectat.

Folosind un condensator de 100 µF, putem obtine o impedanta de 0,8 Ω la frecventa de 2.000 Hz.

Putem observa ca acest circuit distorsioneaza puternic forma undei curentului de iesire (albastru). Unda sinusoidala este taiata pe majoritatea semi-alternantei negativa a semnalului de tensiune de intrare (rosu). Acest lucru ne spune ca tranzistorul intra in starea de blocare, desi nu ar trebui. De ce se intampla acest lucru? Aceasta noua metoda de polarizare ar trebui sa genereze o tensiune de polarizare in curent continuu de 2,3 V.

Conectarea tranzistorului in circuit

Daca in circuit avem doar condensatorul si divizorul de tensiune format din R₂--R₃, acesta va furniza o tensiune de polarizare de exact 2,3 V. Totusi, dupa ce conectam tranzistorul la acest circuit, lucrurile se schimba. Curentul existent prin baza tranzistorului se va aduna la curentul deja existent prin divizor si va reduce tensiunea de polarizare disponibila pentru tranzistor. Folosind modelul dioda-sursa-de-curent al tranzistorului, problema polarizarii devine mai clara.

Modificarea rezistentelor de intrare

Iesirea unui divizor de tensiune depinde nu doar de marimea rezistorilor sai componenti, ci si de cantitatea de curent "divizata" de aceasta spre o sarcina. Jonctiunea P-N a tranzistorului reprezinta o sarcina datorita careia tensiunea de curent continuu la bornele rezistorului R₃ scade; curentul de polarizare se insumeaza cu cel de pe rezistorul R₃, modificand raportul rezistentelor calculat inainte, cand am luat in considerare doar cei doi rezistori, R₂ si R₃. Pentru obtinerea unei tensiuni de polarizare de 2,3 V, valorile rezistorilor R₂ si/sau R₃ trebuiesc ajustate pentru compensarea efectului curentului de baza. Pentru cresterea tensiunii de polarizare de pe R₃, putem scadea valoarea lui R₂, creste valoarea lui R₃, sau ambele.

Graficul formelor de unda

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