Lorsque vous souhaitez concevoir des circuits à transistors bipolaires, vous devez savoir comment les polariser. La polarisation consiste à appliquer de l'électricité à un transistor d'une manière spécifique pour que le transistor fonctionne comme vous le souhaitez. Il existe principalement cinq classes d'amplificateurs - Classe A, Classe B, Classe AB, Classe C et Classe D.Dans cet article, nous nous concentrerons sur la polarisation du transistor dans une configuration d'émetteur commune pour un fonctionnement d'amplificateur de classe A de fréquence audio linéaire, linéaire signifiant le signal de sortie est le même que celui d'entrée mais amplifié.
Les bases
Pour qu'un transistor au silicium ordinaire fonctionne en mode actif (utilisé dans la plupart des circuits amplificateurs), sa base doit être connectée à une tension d'au moins 0,7 V (pour les appareils au silicium) supérieure à celle de l'émetteur. Après avoir appliqué cette tension, le transistor se met en marche et le courant du collecteur commence à circuler, avec une chute de 0,2 V à 0,5 V entre le collecteur et l'émetteur. En mode actif, le courant du collecteur est à peu près égal au courant de base multiplié par le gain de courant (hfe, β) d'un transistor.
Ib = Ic / hfe Ic = Ib * hfe
Ce processus est inversé dans le transistor PNP, il cesse de conduire lors de l'application d'une certaine tension à sa base. En savoir plus sur le transistor NPN et le transistor PNP ici.
Biais fixe
Le moyen le plus simple de polariser un BJT est présenté dans la figure ci-dessous, R1 fournit la polarisation de base et la sortie est prise entre R2 et le collecteur via un condensateur de blocage CC, tandis que l'entrée est envoyée à la base via un condensateur de blocage CC. Cette configuration ne doit être utilisée que dans de simples préamplificateurs et jamais d'étages de sortie de puissance, surtout avec un haut-parleur au lieu de R2.
Pour polariser le transistor, nous devons connaître la tension d'alimentation (Ucc), la tension base-émetteur (Ube, 0,7 V pour le silicium, 0,3 pour les transistors au germanium), le courant de base requis (Ib) ou le courant du collecteur (Ic) et le gain de courant du transistor (hfe, β).
R1 = (Ucc - Ube) / Ib R1 = (Ucc - Ube) / (Ic / hfe)
La valeur de R2 pour un gain et une distorsion optimaux peut être estimée en divisant la tension d'alimentation par le courant du collecteur. Le gain de l'amplificateur avec cette valeur de R2 est élevé, autour de la valeur du gain en courant du transistor (hfe, β). Après avoir ajouté une charge à la sortie, telle qu'un haut-parleur ou l'étage d'amplification suivant, la tension de sortie chutera à cause de R2 et la charge agira comme un diviseur de tension. Il est recommandé que l'impédance de charge ou l'impédance d'entrée de l'étage suivant soit au moins 4 fois supérieure à R2. Les condensateurs de couplage doivent fournir moins de 1/8 de l'impédance de charge ou de l'impédance d'entrée de l'étage suivant à la fréquence de fonctionnement la plus basse.
Biais du diviseur de tension / Auto-polarisation
La figure ci-dessous est la configuration de polarisation la plus largement utilisée, elle est stable en température et offre un très bon gain et une très bonne linéarité. Dans les amplificateurs RF, R3 peut être remplacé par une self RF. En plus d'une seule résistance de base (R1) et d'une résistance de collecteur (R3), nous avons une résistance de base supplémentaire (R2) et une résistance d'émetteur (R4). R1 et R2 forment un diviseur de tension et avec la chute de tension sur R4 réglée sur la tension de base (Ub) du circuit. Les calculs sont plus compliqués, car il y a plus de composants et de variables à prendre en compte.
Nous commençons par calculer le rapport de résistance du diviseur de tension de base, dicté par la formule ci-dessous. Pour commencer les calculs, nous devons estimer les valeurs du courant du collecteur et des résistances R2 et R4. La résistance R4 peut être calculée pour chuter de 0,5 V à 2 V au courant de collecteur souhaité et R2 est réglé pour être 10 à 20 fois supérieur à R4. Pour les préamplificateurs, le R4 est généralement compris entre 1k et 2k ohms.
Le R4 non découplé provoque une rétroaction négative, une diminution du gain tout en diminuant la distorsion et en améliorant la linéarité. Le découpler avec un condensateur augmente le gain, il est donc recommandé d'utiliser un condensateur de grande valeur avec une petite résistance en série.