Смещение

Заранее определенные напряжения или токи, определяющие правильные условия работы электронных компонентов.

Графическое представление свойств тока и напряжения транзистора; смещение выбирается таким образом, чтобы рабочая точка обеспечивала максимальную амплитуду сигнала без искажений.

В электронике смещение — это установка условий работы постоянного тока (тока и напряжения) электронного компонента , обрабатывающего изменяющиеся во времени сигналы. Многие электронные устройства, такие как диоды , транзисторы и электронные лампы , функцией которых является обработка изменяющихся во времени ( переменного тока ) сигналов , также требуют постоянного (постоянного) тока или напряжения на своих клеммах для правильной работы. Этот ток или напряжение называется смещением . Подаваемый на них сигнал переменного тока накладывается на этот постоянный ток или напряжение смещения.

Рабочая точка устройства, также известная как точка смещения, точка покоя или точка Q , представляет собой постоянное напряжение или ток на указанном выводе активного устройства (транзистора или электронной лампы) без подачи входного сигнала. Цепь смещения — это часть схемы устройства, которая обеспечивает постоянный ток или напряжение.

Обзор

В электронике «смещение» обычно относится к фиксированному напряжению или току постоянного тока, приложенному к клемме электронного компонента, такого как диод, транзистор или вакуумная лампа, в цепи, в которой также присутствуют сигналы переменного тока, чтобы создать правильные условия работы. для компонента. Например, к транзистору электронного усилителя прикладывается напряжение смещения, позволяющее транзистору работать в определенной области его кривой крутизны . По той же причине в электронных лампах к электродам сетки часто прикладывают напряжение смещения сетки . ^{[ нужна цитата ]}

При записи на магнитную ленту термин « смещение» также используется для обозначения высокочастотного сигнала, добавляемого к аудиосигналу и подаваемого на записывающую головку для улучшения качества записи на ленту. Это называется смещением ленты . ^{[ нужна цитата ]}

Важность в линейных схемах

Для правильной работы линейных цепей, включающих транзисторы, обычно требуются определенные напряжения и токи постоянного тока, чего можно достичь с помощью схемы смещения. В качестве примера необходимости тщательного смещения рассмотрим транзисторный усилитель . В линейных усилителях небольшой входной сигнал дает больший выходной сигнал без какого-либо изменения формы (низкие искажения): входной сигнал заставляет выходной сигнал изменяться вверх и вниз относительно точки Q строго пропорционально входному сигналу. Однако, поскольку соотношение между входом и выходом транзистора не является линейным во всем его рабочем диапазоне, транзисторный усилитель работает только приблизительно линейно. Для обеспечения низких искажений транзистор должен быть смещен, чтобы размах выходного сигнала не приводил транзистор в область чрезвычайно нелинейной работы. Для усилителя на биполярном транзисторе это требование означает, что транзистор должен оставаться в активном режиме и избегать отключения или насыщения. То же требование применимо и к усилителю MOSFET , хотя терминология немного отличается: MOSFET должен оставаться в активном режиме и избегать отключения или омического режима. ^{[ нужна цитата ]}

Биполярные транзисторы

Для транзисторов с биполярным переходом точка смещения выбирается для поддержания работы транзистора в активном режиме с использованием различных схемотехники, устанавливающих напряжение и ток постоянного тока в Q-точке. Затем поверх смещения подается небольшой сигнал. Точка Q обычно находится рядом с серединой линии нагрузки постоянного тока , чтобы получить максимально доступную размах амплитуды сигнала без искажений из-за ограничения , когда транзистор достигает насыщения или отключения. Процесс получения соответствующего постоянного тока коллектора при определенном постоянном напряжении коллектора путем настройки рабочей точки называется смещением. ^{[ нужна цитата ]}

Вакуумные трубки (термоэмиссионные клапаны)

Смещение сетки — это напряжение постоянного тока, подаваемое на управляющую сетку электронной лампы относительно катода с целью установления нулевого входного сигнала или установившегося режима работы лампы. ^{[1] [2]}

• В типичном усилителе напряжения класса A , а также в силовых каскадах усилителей мощности звука классов A и AB ₁ напряжение смещения постоянного тока отрицательно по отношению к катодному потенциалу. Мгновенное напряжение сети (сумма смещения постоянного тока и входного сигнала переменного тока) не достигает точки, в которой начинается ток сети.
• Усилители класса B , использующие лампы общего назначения, имеют отрицательное смещение по отношению к точке отсечки тока проецируемой пластины. Ламповые усилители класса B обычно работают с током сетки (класс B ₂ ). Источник напряжения смещения должен иметь низкое сопротивление и обеспечивать подачу тока сети. ^[3] При использовании ламп класса B смещение может быть нулевым.
• Усилители класса C имеют отрицательное смещение в точке, находящейся далеко за пределами отсечки тока пластины. Ток сети возникает в течение значительно меньшего 180 градусов цикла входной частоты.

Существует множество методов достижения смещения сетки. В одной и той же трубке можно использовать комбинации методов смещения.

• Фиксированное смещение : потенциал сети постоянного тока определяется подключением сети к соответствующему импедансу, который пропускает постоянный ток от соответствующего источника напряжения. ^{[2] [4]}
• Катодное смещение ( самосмещение , автоматическое смещение ) — используется падение напряжения на резисторе, включенном последовательно с катодом. Возврат постоянного тока цепи сетки подключен к другому концу резистора, в результате чего напряжение сети постоянного тока становится отрицательным относительно катода. ^[4]
• Смещение утечки сетки : когда сетка находится в положительном положении в течение части цикла входной частоты, например, в режиме работы класса C, выпрямление в цепи сети в сочетании с емкостной связью входного сигнала с сеткой создает отрицательное напряжение постоянного тока в сети. Резистор ( утечка в сети ) позволяет разряжать конденсатор связи и пропускает постоянный ток сети. Результирующее напряжение смещения равно произведению постоянного тока сети и сопротивления утечки сетки. ^{[5] [4] [6]}
• Смещение утечки : Падение напряжения на участке сопротивления источника напряжения пластины определяет смещение сетки. Катод соединен с отводом на сопротивлении. Сетка подключена к соответствующему сопротивлению, которое обеспечивает путь постоянного тока либо к отрицательной стороне источника напряжения пластины, либо к другому отводу на том же сопротивлении. ^{[1] [7] [8]}
• Смещение начальной скорости ( контактное смещение ): Ток сетки начальной скорости проходит через резистор сетка-катод, обычно в диапазоне от 1 до 10 МОм, что делает потенциал сетки около одного вольта отрицательным по отношению к катоду. ^{[9] [10] [11]} Начальное смещение скорости используется только для небольших напряжений входного сигнала. ^[11]

Микрофоны

Элементы электретного микрофона обычно включают в себя переходной полевой транзистор в качестве преобразователя импеданса для управления другой электроникой в ​​пределах нескольких метров от микрофона. Рабочий ток этого JFET обычно составляет от 0,1 до 0,5 мА, и его часто называют смещением, что отличается от интерфейса фантомного питания , который подает 48 В для управления задней панелью традиционного конденсаторного микрофона. ^[12] Электретное микрофонное смещение иногда подается на отдельный проводник. ^[13]

Смотрите также

• Ток холостого хода
• Модель малого сигнала

Рекомендации

1. Велей, Виктор ФК (1987). Справочное руководство по настольной электронике (1-е изд.). Нью-Йорк: Tab Books. стр. 450–454.
2. Ланди, Дэвис, Альбрехт, Справочник дизайнера электроники, Нью-Йорк: McGraw-Hill, 1957, стр. 2-27.
3. Ланди и др., 1957, с. 4-19.
4. Орр, Уильям И., изд. (1962). Справочник по радио (16-е изд.). Нью-Огаста, Индиана: Редакторы и инженеры, LTD. стр. 266–267.
5. Штаб-квартира Министерства армии (1952). Радиопередатчики и приемники CW и AM. Вашингтон, округ Колумбия: Издательство правительства США. п. 97. ТМ 11-665.
6. Эверитт, Уильям Литтел (1937). Инженерия связи (2-е изд.). Нью-Йорк: МакГроу-Хилл. стр. 538-539.
7. RCA Manufacturing Co. (1940). Руководство по приёмной трубке RC-14 . Харрисон, Нью-Джерси: RCA . п. 38.
8. Гирарди, Альфред А. (1932). Курс радиофизики (2-е изд.). Нью-Йорк: Книги Райнхарта. стр. 505, 770–771.
9. Джаколетто, Лоуренс Джозеф (1977). Справочник проектировщика электроники . Нью-Йорк: МакГроу-Хилл. п. 9-27.
10. Томер, Роберт Б. (1960). Получение максимальной отдачи от электронных ламп. Индианаполис: Ховард В. Сэмс и компания/Компания Боббс-Меррилл. п. 28.
11. Landee et al., 1957, с. 2-28.
12. «Фантомное питание и напряжение смещения: есть ли разница?». 05.02.2007. Архивировано из оригинала 8 сентября 2009 г.
13. IEC 61938 (требуется подписка)

дальнейшее чтение

• Бойлестад, Роберт Л.; Нашельский, Луи (2005). Электронные устройства и теория цепей . Карьера и технологии Прентис-Холла.
• Патил, ПК; Читнис, ММ (2005). Основное электричество и полупроводниковые устройства . Пхадке Пракашан.
• Седра, Адель; Смит, Кеннет (2004). Микроэлектронные схемы . Издательство Оксфордского университета. ISBN 0-19-514251-9.