Графическое представление свойств тока и напряжения транзистора; смещение выбирается таким образом, чтобы рабочая точка допускала максимальную амплитуду сигнала без искажений.
В электронике смещение — это настройка рабочих условий постоянного тока (тока и напряжения) электронного компонента , который обрабатывает изменяющиеся во времени сигналы . Многие электронные устройства , такие как диоды , транзисторы и вакуумные трубки , функция которых заключается в обработке изменяющихся во времени ( переменного тока ) сигналов, также требуют постоянного (постоянного) тока или напряжения на своих клеммах для правильной работы. Этот ток или напряжение называются смещением . Приложенный к ним сигнал переменного тока накладывается на этот постоянный ток или напряжение смещения.
Рабочая точка устройства, также известная как точка смещения, точка покоя или точка Q , — это постоянное напряжение или ток на указанном выводе активного устройства (транзистора или вакуумной лампы) без подачи входного сигнала. Цепь смещения — это часть схемы устройства, которая подает этот постоянный ток или напряжение.
Обзор
В электронике «смещение» обычно относится к фиксированному постоянному напряжению или току, приложенному к клемме электронного компонента, такого как диод, транзистор или вакуумная лампа в цепи, в которой также присутствуют сигналы переменного тока, для того, чтобы установить надлежащие рабочие условия для компонента. Например, напряжение смещения прикладывается к транзистору в электронном усилителе , чтобы позволить транзистору работать в определенной области его кривой крутизны . Для вакуумных ламп напряжение смещения сетки часто прикладывается к электродам сетки по той же причине. [ необходима цитата ]
Линейные схемы, включающие транзисторы, обычно требуют определенных напряжений постоянного тока и токов для правильной работы, что может быть достигнуто с помощью схемы смещения. В качестве примера необходимости тщательного смещения рассмотрим транзисторный усилитель . В линейных усилителях небольшой входной сигнал дает больший выходной сигнал без каких-либо изменений в форме (низкие искажения): входной сигнал заставляет выходной сигнал изменяться вверх и вниз относительно точки Q строго пропорционально входу. Однако, поскольку соотношение между входом и выходом для транзистора не является линейным во всем его рабочем диапазоне, транзисторный усилитель только приближается к линейной работе. Для низких искажений транзистор должен быть смещен, чтобы размах выходного сигнала не переводил транзистор в область крайне нелинейной работы. Для усилителя на биполярном транзисторе это требование означает, что транзистор должен оставаться в активном режиме и избегать отсечки или насыщения. То же требование применяется к усилителю MOSFET , хотя терминология немного отличается: MOSFET должен оставаться в активном режиме и избегать отсечки или омической работы. [ необходима цитата ]
Биполярные транзисторы
Для биполярных транзисторов точка смещения выбирается так, чтобы транзистор работал в активном режиме, используя различные методы схемы, устанавливая постоянное напряжение и ток точки Q. Затем поверх смещения подается небольшой сигнал. Точка Q обычно находится вблизи середины линии нагрузки постоянного тока , чтобы получить максимально доступную амплитуду сигнала от пика до пика без искажений из-за ограничения , когда транзистор достигает насыщения или отсечки. Процесс получения соответствующего постоянного тока коллектора при определенном постоянном напряжении коллектора путем установки рабочей точки называется смещением. [ необходима цитата ]
Вакуумные трубки (термоэлектронные лампы)
Смещение сетки — это постоянное напряжение, подаваемое на управляющую сетку электронной лампы относительно катода с целью установления нулевого входного сигнала или устойчивого рабочего состояния лампы. [1] [2]
В типичном усилителе напряжения класса A и в каскадах мощности класса A и AB 1 усилителей мощности звука постоянное напряжение смещения отрицательно относительно потенциала катода. Мгновенное напряжение сетки (сумма постоянного смещения и переменного входного сигнала) не достигает точки, в которой начинается ток сетки.
Усилители класса B, использующие лампы общего назначения, смещены отрицательно к предполагаемой точке отсечки анодного тока. Ламповые усилители класса B обычно работают с током сетки (класс B 2 ). Источник напряжения смещения должен иметь низкое сопротивление и быть в состоянии подавать ток сетки. [3] При использовании ламп, разработанных для класса B, смещение может быть равно нулю.
Усилители класса C смещены отрицательно в точке, далеко за пределами отсечки анодного тока. Сетчатый ток возникает в течение значительно меньшего, чем 180 градусов цикла входной частоты.
Существует много методов достижения смещения сетки. Комбинации методов смещения могут использоваться на одной и той же трубке.
Фиксированное смещение : Потенциал сетки постоянного тока определяется путем подключения сетки к соответствующему сопротивлению, которое будет пропускать 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 подключается к другому концу резистора, в результате чего постоянное напряжение сетки становится отрицательным относительно катода. [4]
Смещение утечки сетки : когда сетка приводится в действие положительно в течение части цикла входной частоты, например, в режиме работы класса C, выпрямление в цепи сетки в сочетании с емкостной связью входного сигнала с сеткой создает отрицательное постоянное напряжение в сетке. Резистор ( утечка сетки ) позволяет разрядить конденсатор связи и пропускает постоянный ток сетки. Результирующее напряжение смещения равно произведению постоянного тока сетки и сопротивления утечки сетки. [5] [4] [6]
Смещение разрядника : падение напряжения на части сопротивления через анодное напряжение питания определяет смещение сетки. Катод подключен к отводу на сопротивлении. Сетка подключена к соответствующему сопротивлению, которое обеспечивает путь постоянного тока либо к отрицательной стороне анодного напряжения питания, либо к другому отводу на том же сопротивлении. [1] [7] [8]
Начальное смещение скорости ( контактное смещение ): начальный ток сетки скорости пропускается через резистор сетка-катод, обычно в диапазоне от 1 до 10 МОм, делая потенциал сетки около одного вольта отрицательным относительно катода. [9] [10] [11] Начальное смещение скорости используется только для небольших напряжений входного сигнала. [11]
Микрофоны
Элементы электретного микрофона обычно включают в себя полевой транзистор с переходом 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 часто называется смещением, что отличается от интерфейса фантомного питания , который подает 48 вольт для работы задней пластины традиционного конденсаторного микрофона. [12] Смещение электретного микрофона иногда подается на отдельный проводник. [13]
^ abc Orr, William I., ред. (1962). The Radio Handbook (16-е изд.). New Augusta Indiana: Editors and Engineers, LTD. стр. 266–267.
↑ Штаб-квартира, Министерство армии (1952). Радиопередатчики и приемники CW и AM. Вашингтон, округ Колумбия: Издательство правительства США. С. 97. TM 11-665.
^ Эверитт, Уильям Литтел (1937). Коммуникационная инженерия (2-е изд.). Нью-Йорк: McGraw-Hill. С. 538-539.
^ RCA Manufacturing Co. (1940). Руководство по приемным трубкам RC-14 . Харрисон, Нью-Джерси: RCA . стр. 38.
^ Жирарди, Альфред А. (1932). Курс радиофизики (2-е изд.). Нью-Йорк: Rinehart Books. С. 505, 770–771.
