Polarizarea transistorului este procesul de setare a condițiilor de tensiune sau curent DC de operare a tranzistorului la nivelul corect, astfel încât orice semnal de intrare AC să poată fi amplificat corect de către tranzistor.

Starea staționară de funcționare a tranzistorului depinde în mare măsură de curentul său de bază, de tensiunea de colector și de curentul de colector și, prin urmare, dacă un tranzistor trebuie să funcționeze ca un amplificator liniar, acesta trebuie să fie corect polarizat pentru a avea un punct de funcționare adecvat.

Stabilirea punctului corect de operare necesită selectarea corectă a rezistoarelor de polarizare și a rezistoarelor de sarcină pentru a asigura condițiile corespunzătoare curentului de intrare și tensiunii de colector. Punctul corect de polarizare pentru un tranzistor bipolar, fie NPN sau PNP, se află, în general, undeva între cele două extreme de funcționare în ceea ce privește faptul că este fie "complet ON", fie "complet OFF" de-a lungul liniei de sarcină. Acest punct central de operare este numit "punct de operare static" sau punctul-Q pentru scurt.

Atunci când un tranzistor bipolar este polarizat astfel încât punctul-Q să se afle în mijlocul intervalului său de operare, adică aproximativ la jumătatea distanței dintre cut-off și saturație, se spune că acesta funcționează ca un amplificator Clasa-A. Acest mod de operare permite creșterea și scăderea curentului de ieșire în jurul punctului-Q al amplificatorului fără distorsiuni, deoarece semnalul de intrare se leagă printr-un ciclu complet. Cu alte cuvinte, curentul de ieșire circulă pe întreaga perioadă (360°) a ciclului de intrare.

Acest punct de operare DC sau stare-staționară este setat prin valorile tensiunii de alimentare DC a circuitului (Vcc) și valoarea rezistoarelor de polarizare conectate la terminalul bazei tranzistorului.

Deoarece curenții de polarizare ai bazei tranzistorului sunt curenți DC de stare-staționară, utilizarea adecvată a condensatoarelor de cuplare și bypass va ajuta la blocarea configurației curentului de polarizare pentru un etaj cu tranzistor, afectând condițiile de polarizare ale următorului. Rețelele de polarizare a bazei pot fi utilizate pentru configurații de tranzistor Bază-comună (CB), colector-comun (CC) sau emitor-comun (CE). În acest tutorial de polarizare a unui simplu tranzistor ne vom uita la diferite aranjamente de polarizare disponibile pentru un amplificator cu emitor-comun.

Polarizarea Bazei unui amplificator cu emitor-comun

Unul dintre cele mai frecvent utilizate circuite de polarizare pentru un circuit cu tranzistor este cu auto-polarizarea circuitului de polarizare în emitor, unde unul sau mai multe rezistoare de polarizare sunt folosite pentru a seta valorile DC inițiale ale curenților de tranzistor (IB), (IC) și (IE).

Cele două forme cele mai comune ale polarizării tranzistorului sunt: Dependent de beta și Independent de beta. Tensiunile de polarizare a tranzistorului sunt în mare parte dependente de beta tranzistorului (β), astfel încât polarizarea configurată pentru un tranzistor nu poate fi neapărat aceeași pentru un alt tranzistor. Polarizarea tranzistorului poate fi realizată fie prin utilizarea unui singur rezistor de reacție (feedback), fie prin utilizarea unei rețele simple de divizare a tensiunii, pentru a asigura tensiunea de polarizare necesară.

Următoarele sunt cinci exemple de configurații de polarizare a bazei tranzistorului dintr-o singură sursă de alimentare (Vcc).

Polarizare fixă ​​a bazei unui tranzistor

Circuitul arătat este denumit "circuit de polarizare fixă a bazei", deoarece curentul de bază al tranzistorului IB rămâne constant pentru valorile date de Vcc și, prin urmare, punctul de operare al tranzistorului trebuie, de asemenea, să rămână fixat. Această rețea de polarizare cu două rezistoare este utilizată pentru a stabili regiunea inițială de operare a tranzistorului utilizând o polarizare de curent fixată.

Acest tip de aranjament de polarizare a tranzistorului este, de asemenea, polarizare dependentă de beta deoarece condiția de stare-staționară a operării este o funcție de valoarea β a tranzistorului, astfel încât punctul de polarizare va varia într-o gamă largă pentru tranzistoare de același tip deoarece caracteristicile tranzistoarelor nu vor fi la fel.

Dioda emitor a tranzistorului este polarizată direct, prin aplicarea tensiunii de polarizare pozitivă a bazei necesară pe rezistorul RB de limitare a curentului. Presupunând un tranzistor bipolar standard, căderea tensiunii directe bază-emitor va fi de 0,7 V. Atunci, valoarea lui RB este pur și simplu: (VCC - VBE)/IB unde IB este definit ca IC/β.

Cu acest tip de rezistor singur a metodei de polarizare, tensiunile și curenții de polarizare nu rămân stabili în timpul funcționării tranzistorului și pot varia enorm. De asemenea, temperatura tranzistorului poate afecta negativ punctul de funcționare.

Polarizarea prin reacție de la colector a unui tranzistor

Această configurație de feedback din colector, de auto-polarizare, este o altă metodă de polarizare dependentă de beta care necesită doar două rezistoare pentru a furniza polarizarea DC necesară pentru tranzistor. Configurația feedback colector-bază asigură că tranzistorul este întotdeauna polarizat în regiunea activă, indiferent de valoarea lui Beta (β), deoarece tensiunea DC de polarizare a bazei este derivată din tensiunea de colector VC asigurând o bună stabilitate.

În acest circuit, rezistorul de polarizare a bazei RB este conectat la colectorul tranzistorului C, în loc de la șina tensiunii de alimentare Vcc. Acum, dacă crește curentul de colector, tensiunea colectorului scade, reducând comanda bazei și reducând astfel automat curentul de colector pentru a menține punctul-Q al tranzistorului fixat. Deci, această metodă de polarizare prin feedback de colector produce un feedback negativ, deoarece există feedback de la ieșire la intrare prin rezistorul RB.

Tensiunea de polarizare este derivată din căderea de tensiune pe rezistorul de sarcină RL. Deci, în cazul în care curentul de sarcină crește, va exista o cădere de tensiune mai mare pe RL, și o tensiune de colector redusă corespunzător VC, ceea ce va determina o scădere corespunzătoare a curentului de bază IB, care, la rândul său, aduce IC înapoi la normal.

Reacția opusă va avea loc și atunci când curentul de colector al tranzistorului devine mai mic. Deci, această metodă de polarizare este numită auto-polarizare cu stabilitatea tranzistorului folosind acest tip de rețea de polarizare cu feedback, fiind în general bună pentru majoritatea modelelor de amplificatoare.

Polarizarea tranzistorului prin dublă reacție (feedback)

Adăugarea unui rezistor suplimentar la rețeaua de polarizare a bazei din configurația anterioară îmbunătățește stabilitatea și mai mult în raport cu variațiile beta (β) prin creșterea curentului care trece prin rezistoarele de polarizare a bazei.

Curentul care curge prin RB1 este stabilit, în general, la o valoare egală cu aproximativ 10% din curentul de colector IC. Evident, trebuie să fie mai mare decât curentul de bază necesar pentru valoarea minimă a lui Beta β.

Unul dintre avantajele acestui tip de configurație cu autopolarizare este acela că rezistoarele oferă atât polarizarea automată cât și reacția Rƒ în același timp.

Polarizarea tranzistorului cu reacție de Emitor

Acest tip de configurație de polarizare a tranzistorului, deseori numit polarizare auto-emitor, utilizează atât reacție de emitor, cât și reacție bază-colector pentru a stabiliza curentul de colector chiar mai mult deoarece rezistoarele RB1 și RE, precum și joncțiunea bază-emitor a tranzistorului sunt toate conectate în serie cu tensiunea de alimentare VCC.

Dezavantajul acestei configurații cu feedback de emitor este faptul că ieșirea a redus câștigul din cauza conexiunii rezistorului de bază deoarece tensiunea de colector determină curgerea curentului prin rezistorul de feedback RB1 producând ceea ce se numește „feedback degenerativ“.

Curentul care iese din emitor IE (care este o combinație de IC + IB) determină o cădere de tensiune pe RE într-o astfel de direcție încât să inverseze polarizarea joncțiunii bază-emitor.

Deci, dacă crește curentul de emitor, căderea de tensiune pe RE, de asemenea, crește. Deoarece polaritatea acestei tensiuni polarizează invers joncțiunea bază-emitor, IB scade automat. Prin urmare, curentul de emitor crește mai puțin decât ar fi făcut dacă nu ar fi existat nici un rezistor de auto-polarizare.

Valorile rezistoarelor sunt stabilite, în general, astfel încât căderea de tensiune pe rezistorul de emitor RE este de aproximativ 10% din VCC și curentul care trece prin rezistorul RB1 este de 10% din curentul de colector IC.

Acest tip de configurație de polarizare a tranzistorului funcționează cel mai bine la tensiuni de alimentare relativ mici.

Polarizarea tranzistorului cu divizor de tensiune

Transistorul cu emitor-comun este polarizat folosind o rețea divizoare de tensiune pentru a crește stabilitatea. Numele acestei configurații de polarizare provine din faptul că cele două rezistoare RB1 și RB2 formează o rețea divizoare de tensiune din sursa de alimentare, cu joncțiunea lor conectată la terminalul Bază al tranzistorului, așa cum este arătat.

Această configurație de polarizare cu divizor de tensiune este cea mai răspândită metodă de polarizare a tranzistorului, deoarece dioda emitor a tranzistorului este polarizată direct de tensiunea care a căzut pe rezistorul RB2. De asemenea, polarizarea prin rețea de divizare a tensiunii face ca circuitul tranzistorului să fie independent de variații în beta, deoarece tensiunile din bază, de emitor și de colector ale tranzistorului sunt dependente de valorile circuitului extern.

Pentru a calcula tensiunea dezvoltată pe rezistorul RB2 și, prin urmare, tensiunea aplicată la terminalul Bază, pur și simplu folosim formula divizorului de tensiune pentru rezistoare în serie.

În general, căderea de tensiune pe rezistorul RB2 este mult mai mică decât pe rezistorul RB1. Atunci, în mod clar, tensiunea pe baza tranzistorului VB față de masă va fi egală cu tensiunea pe RB2.

Curentul care trece prin rezistorul RB2 este în general stabilit la valoarea de 10 ori valoarea curentului de bază necesar IB, astfel încât acesta să nu aibă nici un efect asupra curentului divizorului de tensiune sau variații în Beta.

Scopul polarizării transistorului este de a stabili un punct-Q cunoscut pentru ca tranzistorul să funcționeze eficient și să producă un semnal de ieșire nedistorsionat. Polarizarea corectă a tranzistorului stabilește, de asemenea, regiunea inițială de operare AC cu circuite de polarizare practice utilizând o rețea de polarizare cu două sau patru rezistoare.

În circuitele cu tranzistor bipolar, punctul-Q este reprezentat de (VCE, IC) pentru tranzistoare NPN sau (VEC, IC) pentru tranzistoare PNP. Stabilitatea rețelei de polarizare a bazei și, prin urmare, a punctului-Q este în general evaluată luând în considerare curentul de colector ca funcție atât de beta (β) cât și de temperatură.

Aici am analizat pe scurt cinci configurații diferite pentru "polarizarea unui tranzistor" folosind rețele rezistive. Dar putem, de asemenea, polariza un tranzistor folosind diode de siliciu, diode zener sau rețele active, toate conectate la terminalul Bază al tranzistorului, sau prin polarizarea tranzistorului de la o sursă de alimentare dublă.