Méthodes de polarisation des transistors

La polarisation dans les circuits à transistors se fait en utilisant deux sources CC V BB et V CC . Il est économique de minimiser la source CC à une alimentation au lieu de deux, ce qui simplifie également le circuit.

Les méthodes couramment utilisées de polarisation de transistor sont

  • Méthode de résistance de base
  • Biais collecteur / base
  • Polarisation avec résistance de retour de collecteur
  • Biais du diviseur de tension

Toutes ces méthodes ont le même principe de base d'obtenir la valeur requise de I B et I C à partir de V CC dans les conditions de signal nul.

Méthode de résistance de base

Dans cette méthode, une résistance R B de haute résistance est connectée en base, comme son nom l'indique. Le courant de base du signal zéro requis est fourni par V CC qui circule dans R B . La jonction base-émetteur est polarisée en direct, car la base est positive par rapport à l'émetteur.

La valeur requise du courant de base du signal nul et donc du courant de collecteur (comme I C = βI B ) peut être amenée à circuler en sélectionnant la valeur appropriée de la résistance de base RB. Par conséquent, la valeur de R B doit être connue. La figure ci-dessous montre à quoi ressemble une méthode de résistance de base de circuit de polarisation.

Soit I C le courant de collecteur de signal nul requis. Par conséquent,

$$ I_B = \ frac {I_C} {\ beta} $$

Compte tenu du circuit fermé de V CC , de la base, de l'émetteur et de la masse, tout en appliquant la loi de tension de Kirchhoff, nous obtenons

$$ V_ {CC} = I_B R_B + V_ {BE} $$

Ou

$$ I_B R_B = V_ {CC} - V_ {BE} $$

Par conséquent

$$ R_B = \ frac {V_ {CC} - V_ {BE}} {I_B} $$

Puisque V BE est généralement assez petit par rapport à V CC , le premier peut être négligé avec peu d'erreur. Ensuite,

$$ R_B = \ frac {V_ {CC}} {I_B} $$

Nous savons que V CC est une quantité connue fixe et I B est choisi à une valeur appropriée. Comme R B peut être trouvé directement, cette méthode est appeléefixed bias method.

Facteur de stabilité

$$ S = \ frac {\ beta + 1} {1 - \ beta \ left (\ frac {d I_B} {d I_C} \ right)} $$

Dans la méthode de polarisation à biais fixe, I B est indépendant de I C de sorte que,

$$ \ frac {d I_B} {d I_C} = 0 $$

En remplaçant la valeur ci-dessus dans l'équation précédente,

Facteur de stabilité, $ S = \ beta + 1 $

Ainsi, le facteur de stabilité dans un biais fixe est (β + 1), ce qui signifie que I C change (β + 1) fois plus que tout changement de I CO .

Avantages

  • Le circuit est simple.
  • Une seule résistance R E est nécessaire.
  • Les conditions de polarisation sont définies facilement.
  • Aucun effet de charge car aucune résistance n'est présente à la jonction base-émetteur.

Désavantages

  • La stabilisation est médiocre car le développement de chaleur ne peut pas être arrêté.

  • Le facteur de stabilité est très élevé. Il y a donc de fortes chances de fuite thermique.

Par conséquent, cette méthode est rarement utilisée.

Collecteur à biais de base

Le circuit de polarisation collecteur à base est le même que le circuit de polarisation de base sauf que la résistance de base R B est renvoyée vers le collecteur, plutôt que vers l' alimentation V CC comme indiqué sur la figure ci-dessous.

Ce circuit contribue à améliorer considérablement la stabilité. Si la valeur de I C augmente, la tension aux bornes de R L augmente et donc le V CE augmente également. Cela réduit le courant de base I B . Cette action compense quelque peu l'augmentation initiale.

La valeur requise de R B nécessaire pour donner le courant de collecteur de signal nul I C peut être calculée comme suit.

La chute de tension à travers R L sera

$$ R_L = (I_C + I_B) R_L \ cong I_C R_L $$

D'après la figure,

$$ I_C R_L + I_B R_B + V_ {BE} = V_ {CC} $$

Ou

$$ I_B R_B = V_ {CC} - V_ {BE} - I_C R_L $$

Par conséquent

$$ R_B = \ frac {V_ {CC} - V_ {BE} - I_C R_L} {I_B} $$

Ou

$$ R_B = \ frac {(V_ {CC} - V_ {BE} - I_C R_L) \ beta} {I_C} $$

En appliquant KVL, nous avons

$$ (I_B + I_C) R_L + I_B R_B + V_ {BE} = V_ {CC} $$

Ou

$$ I_B (R_L + R_B) + I_C R_L + V_ {BE} = V_ {CC} $$

Par conséquent

$$ I_B = \ frac {V_ {CC} - V_ {BE} - I_C R_L} {R_L + R_B} $$

Puisque V BE est presque indépendant du courant de collecteur, nous obtenons

$$ \ frac {d I_B} {d I_C} = - \ frac {R_L} {R_L + R_B} $$

Nous savons que

$$ S = \ frac {1 + \ beta} {1 - \ beta (d I_B / d I_C)} $$

Par conséquent

$$ S = \ frac {1 + \ beta} {1 + \ beta \ left (\ frac {R_L} {R_L + R_B} \ right)} $$

Cette valeur est inférieure à (1 + β) qui est obtenue pour un circuit de polarisation fixe. Il y a donc une amélioration de la stabilité.

Ce circuit fournit une rétroaction négative qui réduit le gain de l'amplificateur. Ainsi, la stabilité accrue du circuit de polarisation collecteur-base est obtenue au prix d'un gain de tension alternative.

Polarisation avec résistance de retour de collecteur

Dans cette méthode, la résistance de base R B a son extrémité connectée à la base et l'autre au collecteur comme son nom l'indique. Dans ce circuit, le courant de base du signal nul est déterminé par V CB mais pas par V CC .

Il est clair que V CB sollicite vers l' avant de la jonction base-émetteur , et donc du courant de base I B circule à travers R B . Cela provoque la circulation du courant du collecteur de signal nul dans le circuit. La figure ci-dessous montre la polarisation avec le circuit de résistance de retour de collecteur.

La valeur requise de R B nécessaire pour donner le courant de signal nul I C peut être déterminée comme suit.

$$ V_ {CC} = I_C R_C + I_B R_B + V_ {BE} $$

Ou

$$ R_B = \ frac {V_ {CC} - V_ {BE} - I_C R_C} {I_B} $$

$$ = \ frac {V_ {CC} - V_ {BE} - \ beta I_B R_C} {I_B} $$

Depuis $ I_C = \ beta I_B $

Alternativement,

$$ V_ {CE} = V_ {BE} + V_ {CB} $$

Ou

$$ V_ {CB} = V_ {CE} - V_ {BE} $$

Depuis

$$ R_B = \ frac {V_ {CB}} {I_B} = \ frac {V_ {CE} - V_ {BE}} {I_B} $$

Où

$$ I_B = \ frac {I_C} {\ beta} $$

Mathématiquement,

Facteur de stabilité, $ S <(\ beta + 1) $

Par conséquent, cette méthode offre une meilleure stabilité thermique que la polarisation fixe.

Les valeurs du point Q pour le circuit sont indiquées comme

$$ I_C = \ frac {V_ {CC} - V_ {BE}} {R_B / \ beta + R_C} $$

$$ V_ {CE} = V_ {CC} - I_C R_C $$

Avantages

  • Le circuit est simple car il ne nécessite qu'une seule résistance.
  • Ce circuit fournit une certaine stabilisation, pour des changements moindres.

Désavantages

  • Le circuit n'offre pas une bonne stabilisation.
  • Le circuit fournit une rétroaction négative.

Méthode de polarisation du diviseur de tension

Parmi toutes les méthodes de polarisation et de stabilisation, le voltage divider bias methodest le plus important. Ici, deux résistances R 1 et R 2 sont utilisées, qui sont connectées à V CC et assurent la polarisation. La résistance R E employée dans l'émetteur assure la stabilisation.

Le nom diviseur de tension vient du diviseur de tension formé par R 1 et R 2 . La chute de tension aux bornes de R 2 biais vers l' avant la jonction base-émetteur. Cela provoque la circulation du courant de base et donc du courant du collecteur dans les conditions de signal nul. La figure ci-dessous montre le circuit de la méthode de polarisation du diviseur de tension.

Supposons que le courant traversant la résistance R 1 soit I 1 . Comme le courant de base I B est très faible, on peut donc supposer avec une précision raisonnable que le courant traversant R 2 est également I 1 .

Essayons maintenant de dériver les expressions du courant de collecteur et de la tension du collecteur.

Courant de collecteur, I C

Du circuit, il est évident que,

$$ I_1 = \ frac {V_ {CC}} {R_1 + R_2} $$

Par conséquent, la tension aux bornes de la résistance R 2 est

$$ V_2 = \ gauche (\ frac {V_ {CC}} {R_1 + R_2} \ droite) R_2 $$

Application de la loi de tension de Kirchhoff au circuit de base,

$$ V_2 = V_ {BE} + V_E $$

$$ V_2 = V_ {BE} + I_E R_E $$

$$ I_E = \ frac {V_2 - V_ {BE}} {R_E} $$

Puisque I E ≈ I C ,

$$ I_C = \ frac {V_2 - V_ {BE}} {R_E} $$

D'après l'expression ci-dessus, il est évident que I C ne dépend pas de β. V BE est très petit et I C n'est pas du tout affecté par V BE . Ainsi, I C dans ce circuit est presque indépendant des paramètres du transistor et donc une bonne stabilisation est obtenue.

Tension collecteur-émetteur, V CE

Application de la loi de tension de Kirchhoff côté collecteur,

$$ V_ {CC} = I_C R_C + V_ {CE} + I_E R_E $$

Depuis I E ≅ I C

$$ = I_C R_C + V_ {CE} + I_C R_E $$

$$ = I_C (R_C + R_E) + V_ {CE} $$

Par conséquent,

$$ V_ {CE} = V_ {CC} - I_C (R_C + R_E) $$

R E offre une excellente stabilisation dans ce circuit.

$$ V_2 = V_ {BE} + I_C R_E $$

Supposons qu'il y ait une augmentation de la température, le courant de collecteur I C diminue, ce qui provoque la chute de tension aux bornes de R E à augmenter. Comme la chute de tension aux bornes de R 2 est V 2 , qui est indépendante de I C , la valeur de V BE diminue. La valeur réduite de I B tend à ramener I C à sa valeur d'origine.

Facteur de stabilité

L'équation pour Stability factor de ce circuit est obtenu comme

Facteur de stabilité = $ S = \ frac {(\ beta + 1) (R_0 + R_3)} {R_0 + R_E + \ beta R_E} $

$$ = (\ beta + 1) \ times \ frac {1 + \ frac {R_0} {R_E}} {\ beta + 1 + \ frac {R_0} {R_E}} $$

Où

$$ R_0 = \ frac {R_1 R_2} {R_1 + R_2} $$

Si le rapport R 0 / R E est très petit, alors R0 / RE peut être négligé par rapport à 1 et le facteur de stabilité devient

Facteur de stabilité = $ S = (\ beta + 1) \ times \ frac {1} {\ beta + 1} = 1 $

C'est la plus petite valeur possible de S et conduit à la stabilité thermique maximale possible.