Maîtriser le Polarisation BJT : Techniques, Astuces et Dépannage pour une Amplification Fiable

Les circuits électroniques avec des capacités d'amplification peuvent performer plus efficacement si le BJT subit une polarisation. Généralement, ce processus implique l'application d'une tension externe à ses bornes qui commutent le dispositif vers l'état désiré. De nombreuses conceptions de circuits comportent couramment des résistances pour distribuer les niveaux corrects de courant et tension d'entrée. Les techniques variables de polarisation BJT fournissent des caractéristiques spécifiques, tandis que d'autres préviennent l'emballement thermique. En effet, cela les rend très utiles pour les applications d'amplification.

Cet article vous guidera à travers les bases de la polarisation BJT et les implémentations de circuit. Alors regardons !

Qu'est-ce que la Polarisation BJT ?

Cette image montre un transistor à jonction bipolaire.

Source : Wikimedia Commons

Généralement, la polarisation de transistor implique l'application d'une quantité spécifique de tension aux bornes de base et d'émetteur d'un BJT, améliorant son efficacité et sa performance. Dans ce cas, le processus permet à un transistor d'amplifier un signal d'entrée AC dans un circuit de transistor. Donc, polariser le BJT mettra la jonction émetteur-base dans un état polarisé en direct. Pendant ce temps, l'intersection base-collecteur se configurera à un état polarisé en inverse. Ainsi, il fonctionnera dans la région active.

La polarisation BJT reposera sur des résistances pour distribuer le niveau de tension correct.

Source : Wikimedia Commons

Aussi, la résistance de collecteur devrait avoir une valeur nominale qui permet à la tension collecteur-émetteur de dépasser 0,5V pour les transistors au germanium et 1V pour les transistors au silicium.

Beta BJT

Image montrant le processus de flux de courant dans un transistor à jonction bipolaire.

Source : Wikimedia Commons

Beta (β) fait référence à la sensibilité globale du dispositif entre le courant de base et son niveau d'amplification de collecteur. Il peut aussi identifier le gain du dispositif. Par exemple, le courant de base d'un transistor sera amplifié par 100 si la valeur β correspond à cette valeur. Bien sûr, ce facteur se génère pendant que le transistor à jonction bipolaire fonctionne dans l'état direct-actif.

Circuits de Polarisation BJT

Nous avons inclus quelques exemples de circuits de polarisation BJT, utiles pour des fins d'amplification.

Polarisation Fixe

Schéma de circuit de polarisation fixe.

Comme vous pouvez le voir dans le schéma de circuit, une résistance de base (R_B) se connecte au V_CC et à la borne de base. Dans ce cas, une chute de tension à travers R_B cause la jonction base-émetteur à se mettre dans un état polarisé en direct. La formule suivante détermine la valeur de I_B.

À la fois V_CC et V_BE ont une valeur fixe dans le type de circuit à polarisation fixe. Pendant ce temps, R_B reste constant. En conséquence, I_B aura aussi une valeur continue, menant à un point de fonctionnement limité. Ainsi, ce type de polarisation fournit une stabilité thermique médiocre en raison de son facteur de stabilité β+1.

Cela se produit en raison de l'imprévisibilité du paramètre β du transistor. Il peut aussi varier largement, surtout avec un modèle et type de transistor similaires. Le I_C sera aussi altéré quand le β varie. Par conséquent, ce type de polarisation dépendant de β pourrait subir des changements de point de fonctionnement dus aux attributs du transistor et modifications de température.

Dans l'ensemble, le circuit de polarisation de base fixe repose sur des composants minimaux avec une conception simpliste. En ajustant la valeur RB dans le circuit, les utilisateurs peuvent changer le point de fonctionnement de la région active. En plus, la source n'a pas de charge puisque la jonction base-émetteur ne comporte pas de résistances. En conséquence, ce circuit a des applications de commutation.

Les équations suivantes référencent la tension et le courant pour ce circuit :

Polarisation Collecteur-Base

Le schéma de circuit représente un design de polarisation collecteur-base.

Dans ce réglage de polarisation collecteur-base, deux résistances alimentent la région active du transistor avec une polarisation DC malgré la valeur de β. Puisque la polarisation DC vient de la tension de collecteur (V_C), elle assure une excellente stabilité.

Plutôt que le rail de tension d'alimentation (V_CC), la résistance de polarisation de base (R_B) se connecte au collecteur (C) du transistor. Une augmentation du courant de collecteur causera la diminution de la tension de collecteur. En effet, l'entraînement de base réduit, diminuant le courant de collecteur. Cela assure que le point Q du transistor reste fixe. Ainsi, la technique de polarisation par rétroaction de collecteur génère une rétroaction négative autour du transistor. Cela se produit parce que R_B tire l'entrée directe de la sortie, la distribuant au terminal d'entrée.

Une chute de tension à travers la résistance de charge (R_L) produit la tension de polarisation. Donc, augmenter le courant de charge résultera en une chute de tension significative à travers la résistance de charge. Pendant ce temps, cela mène à une tension de collecteur diminuée. Par la suite, le courant de base (I_B) chutera, revenant I_C à sa valeur originale.

Faire chuter le courant de collecteur produit une réaction inversée. Dans ce cas, cette approche de polarisation fait référence à l'auto-polarisation. Dans l'ensemble, ce design fournit d'excellentes applications pour de nombreux projets d'amplificateur.

Vous pouvez trouver l'équation de circuit pour la polarisation collecteur-base ci-dessous :

Polarisation Fixe avec Résistance d'Émetteur

Schéma de circuit de polarisation fixe avec résistance d'émetteur.

Le schéma de circuit montre un réseau de polarisation fixe connecté à l'émetteur du transistor avec une résistance externe (R_E). Le courant d'émetteur augmente si V_BE reste constant alors que la température monte. Mais, un courant d'émetteur accru (I_E) cause une augmentation de la tension d'émetteur (V_E = I_ER_E), menant à une réduction de tension à travers la résistance de base (R_B).

L'équation ci-dessous détermine la tension à travers la résistance de base.

Pendant ce temps, vous pouvez déterminer le courant de base via la formule ci-dessous :

Cela diminue le courant de base, résultant en un courant de collecteur réduit puisque IC correspond à IB. La formule IC = α IE (α égale 1) définit le courant de collecteur et d'émetteur. En conséquence, cela contre l'augmentation du courant d'émetteur température, assurant un point de fonctionnement stable. Remplacer le transistor par un type alternatif peut altérer la valeur I_C. En utilisant la même technique qu'au-dessus, cela annulera tout changement, gardant un point de fonctionnement persistant. Par conséquent, ce réseau de polarisation fournit un support amélioré par rapport au réseau de polarisation de base fixe.

Dans l'ensemble, le circuit utilise cette équation :

Polarisation par Diviseur de Tension ou Diviseur de Potentiel

Schéma de circuit diviseur de tension.

Comme vous pouvez le voir, deux résistances externes, R₁ et R₂, s'intègrent dans ce circuit pour créer un diviseur de tension. Cette configuration permet la tension générée à travers R₂ de mettre la jonction d'émetteur du transistor à un état de polarisation directe. Dans l'ensemble, le courant circulant à travers R₂ sera dix fois plus élevé que le courant de base nécessaire.

Généralement, ce type de polarisation signifie que les variations se produisant dans V_BE et β n'affecteront pas I_C, ce qui, à son tour, fournit une stabilité thermique maximale. Une augmentation de température causera IC et IE à augmenter. Cela résulte en une tension d'émetteur plus élevée, résultant en une tension base-émetteur plus faible. Par la suite, cela mène à une diminution du courant de base (I_B), revenant I_C à son état initial.

Quoi qu'il en soit du gain d'amplificateur diminué, ce circuit de polarisation a des applications populaires en raison de la stabilité maximisée.

Le circuit repose sur la formule ci-dessous :

Polarisation d'Émetteur

Schéma de circuit montrant un design de polarisation d'émetteur.

Le circuit, comme montré ci-dessus, repose sur deux sources d'alimentation connues comme V_CC et V_EE pour fonctionner. Celles-ci comportent des polarités correspondantes mais opposées. V_EE met la jonction base-émetteur à un état polarisé en direct. Pendant ce temps, V_CC forme l'intersection collecteur-base à un état de polarisation inverse.

De plus, I_C peut compter sur R_E >> R_B/β et V_EE >> V_BE plutôt que V_BE et β. Faire cela fournit un point de fonctionnement équilibré.

Résumé

Comme vous pouvez le voir, la polarisation BJT assure que le transistor fonctionnera correctement dans un circuit, fournissant l'amplification de signal AC. Elle y parvient en sélectionnant des résistances qui affectent le point de fonctionnement du transistor. De plus, la jonction de collecteur se met à un état de polarisation inverse tandis que l'émetteur-base se met à un état polarisé en direct. Bien sûr, la conception de circuit dépendra entièrement de l'application prévue et de ce que vous voulez atteindre.

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