Phân cực cho transistor là quá trình thiết lập các điều kiện dòng điện hoặc điện áp hoạt động DC của Transistor đến mức chính xác để bất kỳ tín hiệu đầu vào AC nào có thể được khuếch đại chính xác bởi Transistor
Hoạt động ở trạng thái ổn định của Transistor phụ thuộc rất nhiều vào giá trị dòng điện cực B, C và E của nó và do đó, nếu Transistor hoạt động chính xác như một bộ khuếch đại tuyến tính, thì nó phải được phân cực đúng xung quanh điểm hoạt động Q.
Việc thiết lập điểm hoạt động chính xác đòi hỏi phải lựa chọn điện trở phân cực và điện trở tải để cung cấp dòng điện đầu vào và điều kiện điện áp cực C thích hợp. Điểm phân cực chính xác cho Transistor lưỡng cực, NPN hoặc PNP, thường nằm ở đâu đó giữa hai cực của hoạt động liên quan đến việc nó là “hoàn toàn BẬT” hoặc “TẮT hoàn toàn” dọc theo đường tải DC của nó. Điểm hoạt động trung tâm này được gọi là “Điểm hoạt động tĩnh”, viết tắt là Q-point .
Khi một Transistor lưỡng cực được phân cực để điểm Q ở gần giữa phạm vi hoạt động của nó, tức là khoảng giữa khoảng cắt và bão hòa, nó được cho là đang hoạt động như một bộ khuếch đại Class-A. Chế độ hoạt động này cho phép điện áp đầu ra tăng và giảm xung quanh điểm Q của bộ khuếch đại mà không bị biến dạng khi tín hiệu đầu vào dao động trong một chu kỳ hoàn chỉnh. Nói cách khác, đầu ra có sẵn cho toàn bộ 360 o của chu kỳ đầu vào.
Vậy làm cách nào để thiết lập điểm Q phân cực này của Transistor? – Độ phân cực chính xác của Transistor đạt được bằng cách sử dụng một quá trình thường được gọi là Phân cực cực B .
Nhưng trước khi chúng ta bắt đầu xem xét các cách sắp xếp phân cực Transistor khác nhau có thể xảy ra , trước tiên chúng ta hãy nhớ lại mạch Transistor đơn cơ bản cùng với điện áp và dòng điện của nó như hình trên.
Chức năng của “phân cực DC” là đặt điểm Q của Transistor một cách chính xác bằng cách đặt dòng [ IC ] của nó thành giá trị trạng thái ổn định và không đổi mà không có bất kỳ tín hiệu đầu vào bên ngoài nào được đạt cho Transistor.
Trạng thái ổn định hoặc điểm hoạt động DC này được đặt bởi các giá trị của điện áp nguồn DC [ Vcc ] của mạch và giá trị của bất kỳ điện trở phân cực nào được kết nối với cực B Transistor.
Vì các dòng phân cực B của Transistor là dòng điện một chiều trạng thái ổn định, việc sử dụng các tụ điện ghép và phân dòng thích hợp sẽ giúp chặn bất kỳ dòng điện phân cực nào từ tầng Transistor khác ảnh hưởng đến các điều kiện phân cực tiếp theo. Mạng phân cực cho cực B có thể được sử dụng cho các cách mắc Transistor B chung [CB], C chung [CC] hoặc E chung [CE]. Trong hướng dẫn cách phân cực Transistor đơn giản này, chúng ta sẽ xem xét các cách phân cực khác nhau của Bộ khuếch đại E chung.
Một trong những mạch phân cực được sử dụng thường xuyên nhất cho mạch Transistor là với mạch phân cực tự phân cực của mạch là một hoặc nhiều điện trở phân cực được sử dụng để thiết lập các giá trị DC ban đầu cho ba dòng điện bán dẫn, [ IB ], [ IC ] và [ IE ].
Hai dạng phổ biến nhất của phân cực Transistor lưỡng cực là: Phụ thuộc vào Beta và Độc lập với Beta . Điện áp phân cực của Transistor phụ thuộc phần lớn vào beta của Transistor, [ β ] vì vậy phân cực được thiết lập cho một Transistor có thể không nhất thiết giống với Transistor khác vì giá trị beta của chúng có thể khác nhau. Phân cực Transistor có thể đạt được bằng cách sử dụng một điện trở từ cực C đến B hoặc bằng cách sử dụng mạng phân áp đơn giản để cung cấp điện áp phân cực cần thiết.
Sau đây là năm ví dụ về phân cực cực B Transistor từ một nguồn cung cấp duy nhất [ Vcc ].
Mạch được hiển thị được gọi là “mạch phân cực B cố định”, bởi vì dòng điện cực B của Transistor, IB không đổi đối với các giá trị Vcc cho trước , và do đó điểm hoạt động của Transistor cũng phải cố định. Mạng phân cực hai điện trở này được sử dụng để thiết lập vùng hoạt động ban đầu của Transistor sử dụng phân cực dòng điện cố định.
Loại sắp xếp phân cực Transistor này cũng là phân cực phụ thuộc vào beta vì điều kiện hoạt động ở trạng thái ổn định là một hàm của giá trị beta β của Transistor , do đó, điểm phân cực sẽ thay đổi trong một phạm vi rộng đối với Transistor cùng loại với các đặc tính của các Transistor sẽ không hoàn toàn giống nhau.
Do có một diode tại cực E nên có 1 điện áp tiếp gipas Vbe Thì điện trở Rb sẽ được tính toán như sau . Giả sử một Transistor lưỡng cực tiêu chuẩn, điện áp Vbe thuận sẽ là 0,7V. Khi đó giá trị của RB đơn giản là: [V CC – V BE ] / I B trong đó I B được xác định là I C / β .
Với kiểu sắp xếp phân cực đơn điện trở này, điện áp và dòng điện phân cực không duy trì ổn định trong quá trình hoạt động của Transistor và có thể thay đổi rất nhiều. Ngoài ra, nhiệt độ hoạt động của Transistor có thể ảnh hưởng xấu đến điểm hoạt động.
Mạch phản hồi cực E tự phân cực này là một phương pháp phân cực phụ thuộc vào beta khác yêu cầu hai điện trở để cung cấp phân cực DC cần thiết cho Transistor. Cấu hình phản hồi từ C đến B đảm bảo rằng Transistor luôn được phân cực trong vùng hoạt động bất kể giá trị nào của Beta [ β ]. Điện áp phân cực B được lấy từ điện áp VC , do đó cung cấp độ ổn định tốt.
Trong mạch này, điện trở phân cực RB được kết nối với cực C Transistor, thay vì trực tiếp từ Vcc . Bây giờ nếu dòng Ic tăng lên, điện áp Vc sẽ giảm xuống, làm giảm dòng điều khiển và do đó tự động giảm dòng Ic để giữ cố định điểm Q của Transistor. Do đó phương pháp này phản hồi phân cực C tạo ra phản hồi âm cho transistor như có một phản hồi trực tiếp từ các cực đầu ra cho cực đầu vào thông qua điện trở, RB .
Khi điện áp phân cực được lấy trên điện trở tải, RL , nếu tải tăng dòng sẽ có sự sụt giảm điện áp lớn hơn trên RL , và một tương ứng giảm điện áp VC . Hiệu ứng này sẽ gây ra sự sụt giảm tương ứng trong dòng điện cực B, IB , từ đó đưa IC trở lại trạng thái bình thường.
Phản ứng ngược lại cũng sẽ xảy ra khi dòng điện Ic của Transistor giảm. Phương pháp phân cực này được gọi là tự phân cực với sự ổn định của các Transistor sử dụng loại mạng phân cực phản hồi này nói chung là tốt cho hầu hết các thiết kế bộ khuếch đại.
Thêm một điện trở bổ sung vào mạng phân cực cực B của cấu hình trước đó cải thiện tính ổn định hơn nữa đối với các giá trị trong Beta, [ β ] bằng cách tăng dòng điện chạy qua các điện trở phân cực B.
Dòng điện chảy qua R B1 thường được đặt ở một giá trị tương đương với khoảng 10% IC . Những phải lớn hơn dòng điện cực B cần thiết cho giá trị nhỏ nhất của Beta, β .
Một trong những ưu điểm của kiểu cấu hình tự phân cực này là hai điện trở cung cấp đồng thời cả phân cực tự động và phản hồi Rƒ .
Loại cấu hình phân cực Transistor này, thường được gọi là phân cực self-emitter biasing, sử dụng cả phản hồi cực E và cực C để ổn định dòng điện Ic hơn nữa. Điều này là do các điện trở R B1 và R E cũng như cực E của Transistor đều được mắc nối tiếp hiệu quả với điện áp cung cấp, V CC .
Nhược điểm của cấu hình này là nó làm giảm độ lợi đầu ra do kết nối điện trở cực B. Điện áp cực C xác định dòng điện chạy qua điện trở phản hồi, R B1 tạo ra “phản hồi suy biến”.
Dòng điện chạy từ cực E, I E [là sự kết hợp của I C + I B ] gây ra sự sụt giảm điện áp xuất hiện trên R E, nó làm lệch hướng tiếp giáp cực E-B.
Vì vậy, nếu dòng Ie tăng, do dòng Ic tăng, sụt áp I * R E cũng tăng. Vì cực tính của điện áp ngược này phân cực với tiếp giáp B-E, I B tự động giảm. Do đó, dòng IE tăng ít hơn nếu không có điện trở tự phân cực.
Nói chung, các giá trị điện trở được thiết lập để cho điện áp rơi trên điện trở phát R E xấp xỉ 10% V CC và dòng chạy qua điện trở R B1 là 10% IC .
Do đó, loại cấu hình phân cực Transistor này hoạt động tốt nhất ở điện áp cung cấp điện tương đối thấp.
Ở đây cấu hình transistor cực E chung sử dụng mạng phân áp để tăng tính ổn định. Tên của cấu hình phân cực này xuất phát từ thực tế là hai điện trở R B1 và R B2 tạo thành một mạng phân áp trên nguồn cung cấp với điểm nối trung tâm của chúng được kết nối với đầu cực B của Transistor như được hiển thị.
Có thể xem chi tiết tính toán phần này ở đây : Mạch khuếch đại transistor E chung
Cấu hình phân cực phân áp này là phương pháp phân cực Transistor được sử dụng rộng rãi nhất. Diode cực E của Transistor được phân cực thuận bởi giá trị điện áp lấy trên điện trở R B2 . Ngoài ra, bộ chia điện áp làm cho mạch Transistor độc lập với những thay đổi trong beta vì điện áp phân cực đặt ở chân Transistor, cực E và cực C không phụ thuộc vào các giá trị mạch bên ngoài.
Để tính toán điện áp trên điện trở R B2 chúng ta chỉ cần sử dụng công thức phân áp cho các điện trở mắc nối tiếp.
Nói chung điện áp rơi trên điện trở R B2 nhỏ hơn nhiều so với điện trở R B1 . Rõ ràng là điện áp cực của Transistor V B đối với đất, sẽ bằng điện áp trên R B2 .
Lượng dòng điện phân cực chạy qua điện trở R B2 thường được đặt thành 10 lần giá trị của dòng điện cực B sao cho nó đủ cao để không ảnh hưởng đến dòng điện phân áp hoặc những thay đổi trong Beta.
Mục tiêu của phân cực Transistor là thiết lập điểm hoạt động tĩnh đã biết, hoặc điểm Q để Transistor lưỡng cực hoạt động hiệu quả và tạo ra tín hiệu đầu ra không bị biến dạng. phân cực DC đúng của Transistor cũng thiết lập vùng hoạt động AC ban đầu của nó với các mạch phân cực thực tế sử dụng mạng phân cực hai hoặc bốn điện trở.
Xem chi tiết hơn về điểm Q tại đây : Ví dụ tính toán về Mạch khuếch đại transistor E chung
Trong mạch Transistor lưỡng cực, điểm Q được biểu thị bằng [ VCE , IC ] đối với Transistor NPN hoặc [ VEC , IC ] đối với Transistor PNP. Tính ổn định của mạng phân cực B và do đó điểm Q thường được đánh giá bằng cách coi dòng điện Ic là một hàm của cả Beta [ β ] và nhiệt độ.