Rétroaction et compensation

L'objectif fondamental du réseau de polarisation est d'établir des relations entre la tension et le courant collecteur-base-émetteur au point de fonctionnement du circuit (le point de fonctionnement est également appelé point de repos, point Q, point sans signal, point de repos, ou point statique). Étant donné que les transistors fonctionnent rarement à ce point Q, les réseaux de polarisation de base sont généralement utilisés comme référence ou point de départ pour la conception.

La configuration réelle du circuit et, en particulier, les valeurs du réseau de polarisation sont sélectionnées sur la base des conditions dynamiques du circuit (oscillation de tension de sortie souhaitée, niveau de signal d'entrée attendu, etc.) Une fois le point de fonctionnement souhaité établi, la fonction suivante du réseau de polarisation est pour stabiliser le circuit amplificateur à ce stade. Le réseau de polarisation de base doit maintenir les relations de courant souhaitées en présence de changements de température et d'alimentation et de remplacement éventuel du transistor.

Dans certains cas, les changements de fréquence et les changements provoqués à nouveau par le composant doivent également être compensés par le réseau de polarisation. Ce processus est généralement appelé stabilisation du biais. Une stabilisation correcte de la polarisation maintiendra le circuit de l'amplificateur au point de fonctionnement souhaité (dans les limites pratiques) et empêchera l'emballement thermique.

Facteur de stabilité 'S'

Il est défini comme le taux de variation du courant du collecteur par rapport au courant de saturation inverse, en maintenant β et V BE constants. Il est exprimé comme

$$ S = \ frac {\ mathrm {d} I_c} {\ mathrm {d} I_c} $$

Méthodes de stabilisation des biais

La méthode permettant de rendre le point de fonctionnement indépendant des changements de température ou des variations des paramètres des transistors est appelée stabilization. Il existe plusieurs schémas permettant de stabiliser la polarisation des amplificateurs à semi-conducteurs. Tous ces schémas engagent une forme de rétroaction négative. C'est-à-dire que tout étage des courants de transistor produit un changement de tension ou de courant correspondant qui tend à contrebalancer le changement initial.

Il existe deux méthodes fondamentales pour produire une rétroaction négative, une rétroaction à tension inverse et une rétroaction à courant inverse.

Rétroaction de tension inverse

La figure suivante montre le réseau de base de polarisation de tension inverse. La jonction émetteur-base est polarisée en direct par la tension à la jonction de R 1 et R 2 . La jonction base-collecteur est polarisée en inverse par le différentiel entre les tensions au collecteur et à la base.

Normalement, le collecteur d'un amplificateur couplé par résistance est à une tension d'environ la moitié de celle de la résistance d'alimentation (R 3 ), connectée entre le collecteur et la base. Puisque la tension du collecteur est positive, une partie de cette tension est une rétroaction à la base pour supporter la polarisation directe.

La polarisation directe normale (ou point Q) sur la jonction émetteur-base est le résultat de toutes les tensions entre l'émetteur et la base. En tant que collecteur de courant augmente, une plus grande chute de tension est produite à travers R L . En conséquence, la tension sur le collecteur diminue, réduisant le retour de tension vers la base via R 3 . Cela réduit la polarisation directe émetteur-base, réduisant le courant d'émetteur et abaissant le courant du collecteur à sa valeur normale. Comme il y a une diminution initiale du courant du collecteur, une action opposée a lieu et le courant du collecteur est élevé à sa valeur normale (point Q).

Toute forme de rétroaction négative ou inverse dans un amplificateur a tendance à s'opposer à tous les changements, même ceux produits par le signal amplifié. Cette rétroaction inverse ou négative a tendance à réduire et à stabiliser le gain, ainsi que les changements indésirables. Ce principe de stabilisation du gain par rétroaction est utilisé dans plus ou moins tous les types d'amplificateurs.

Rétroaction de courant inverse

La figure suivante montre un réseau de polarisation de courant inverse distinctif (émetteur-rétroaction) utilisant un transistor NPN. Le retour de courant est plus couramment utilisé que le retour de tension dans les amplificateurs à semi-conducteurs. Ceci est dû au fait que les transistors sont principalement des dispositifs fonctionnant en courant, plutôt que des dispositifs fonctionnant en tension.

L'utilisation d'une résistance de rétroaction d'émetteur dans tout circuit de polarisation peut se résumer comme suit: Le courant de base dépend du différentiel de tension entre la base et l'émetteur. Si la tension différentielle est abaissée, moins de courant de base circulera.

Le contraire est vrai lorsque le différentiel est augmenté. Tout le courant circulant dans le collecteur. La tension chute à travers la résistance de l'émetteur et n'est donc pas totalement dépendante. À mesure que le courant du collecteur augmente, le courant de l'émetteur et la chute de tension aux bornes de la résistance de l'émetteur augmenteront également. Cette rétroaction négative tend à diminuer le différentiel entre la base et l'émetteur, abaissant ainsi le courant de base. À son tour, le courant de base inférieur a tendance à diminuer le courant du collecteur et à contrebalancer le courant initial du collecteur augmente.

Compensation de biais

Dans les amplificateurs à semi-conducteurs, lorsque la perte de gain de signal est intolérable dans une application particulière, des techniques de compensation sont souvent utilisées pour réduire la dérive du point de fonctionnement. Afin de fournir une polarisation et une stabilisation thermique maximales, les méthodes de compensation et de stabilisation peuvent être employées ensemble.

La figure suivante montre une technique de compensation de diode qui utilise à la fois la compensation de diode et la stabilisation de polarisation automatique. Si la diode et le transistor sont du même type, ils ont le même coefficient de température à travers le circuit. Ici, la diode est polarisée en direct. KVL pour le circuit donné peut être exprimé comme -

$$ I_c = \ frac {\ beta [V - (V_ {BE} - V_o)] + (Rb + Rc) (\ beta + 1) ICO} {Rb + Rc (1 + \ beta)} $$

Il est clair d'après l'équation ci-dessus que $ V_ {BE} $ suit VO par rapport à la température et Ic n'aura aucun effet sur les variations de $ V_ {BE} $. C'est une méthode efficace pour prendre soin du point de fonctionnement du transistor en raison de la variation de $ V_ {BE} $.

Dispositif de compensation de température

Nous pouvons également utiliser un dispositif sensible à la température pour compenser les variations des caractéristiques internes du transistor. La thermistance a un coefficient de température négatif, ce qui signifie qu'avec l'augmentation de la température, sa résistance diminue de façon exponentielle. La figure suivante montre un circuit qui utilise une thermistance (R T ) pour réduire l'augmentation du courant de collecteur due à un changement de $ V_ {BE} $, ICO ou β avec la température.

Lorsque la température augmente, R T diminue et le courant alimenté par R T dans R E augmente. La chute de tension d'action aux bornes de R E est dans la direction opposée à la polarisation inverse du transistor. R T agit de manière à tendre à compenser l'augmentation de IC, qui augmente du fait de la montée en température.