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フィードバックと補償

バイアスネットワークの基本的な目的は、回路の動作点でコレクター-ベース-エミッター間の電圧と電流の関係を確立することです(動作点は静止点、Q-点、無信号点、アイドル点、または静的ポイント)。 トランジスタがこのQポイントで動作することはめったにないため、基本的なバイアスネットワークは一般に設計の基準または開始点として使用されます。

実際の回路構成、特にバイアスネットワークの値は、動的な回路条件(必要な出力電圧振幅、予想される入力信号レベルなど)に基づいて選択されます。目的の動作点が確立されると、バイアスネットワークの次の機能はこの時点でアンプ回路を安定させます。 基本的なバイアスネットワークは、温度と電源の変化、およびトランジスタの交換の可能性がある場合に、必要な電流関係を維持する必要があります。

場合によっては、周波数の変化とコンポーネントによって引き起こされる変化も、バイアスネットワークによって相殺する必要があります。 このプロセスは、一般にバイアス安定化と呼ばれます。 適切なバイアス安定化により、アンプ回路が目的の動作点(実際の制限内)に維持され、熱暴走が防止されます。

安定係数「S」

これは、コレクタ電流w.r.tの変化率として定義されます。 逆飽和電流、βおよびV〜BE〜を一定に保ちます。 次のように表現されます

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

バイアス安定化方法

温度変化やトランジスタのパラメータの変動に依存しない動作点を作成する方法は、*安定化*として知られています。 ソリッドステート増幅器のバイアス安定化を提供するためのいくつかのスキームがあります。 これらのスキームはすべて、否定的なフィードバックの形をとっています。 つまり、トランジスタ電流のどの段階でも、対応する電圧または電流の変化が生じ、初期変化と釣り合う傾向があります。

負帰還を生成するには、逆電圧帰還と逆電流帰還の2つの基本的な方法があります。

逆電圧フィードバック

次の図は、基本的な逆電圧バイアスネットワークを示しています。 エミッターベース接合部は、R〜1〜とR〜2〜の接合部の電圧によって順方向にバイアスされます。 ベース-コレクタ接合は、コレクタとベースの電圧の差によって逆バイアスされます。

逆電圧フィードバック

通常、抵抗結合アンプのコレクターは、コレクターとベースの間に接続された電源抵抗(R〜3〜)の約半分の電圧です。 コレクタ電圧は正なので、この電圧の一部はベースにフィードバックされ、順方向バイアスをサポートします。

エミッタ-ベース接合の通常(またはQポイント)の順方向バイアスは、エミッタとベース間のすべての電圧の結果です。 コレクタ電流が増加すると、R〜L〜で大きな電圧降下が発生します。 その結果、コレクターの電圧が低下し、R〜3〜を介したベースへの電圧フィードバックが減少します。 これにより、エミッターベースの順方向バイアスが減少し、エミッター電流が減少し、コレクター電流が通常の値に低下します。 コレクタ電流が最初に減少すると、反対のアクションが発生し、コレクタ電流は通常の(Qポイント)値まで上昇します。

アンプ内の任意の形式の負帰還または逆帰還は、増幅される信号によって生じる変化も含め、すべての変化に対抗する傾向があります。 この逆または負のフィードバックは、ゲインだけでなく、望ましくない変化を低減および安定させる傾向があります。 フィードバックによってゲインを安定させるこの原理は、多かれ少なかれすべてのタイプのアンプで使用されています。

逆電流フィードバック

次の図は、NPNトランジスタを使用した独特の逆電流(エミッターフィードバック)バイアスネットワークを示しています。 ソリッドステートアンプでは、電圧フィードバックよりも電流フィードバックの方が一般的に使用されます。 これは、トランジスタが主に電圧動作デバイスではなく電流動作デバイスであるためです。

バイアス回路でのエミッタ帰還抵抗の使用は、次のようにまとめることができます。ベース電流は、ベースとエミッタ間の電圧の差に依存します。 差動電圧が低下すると、流れるベース電流が減少します。

エミッタフィードバック

差が大きくなると、逆のことが言えます。 コレクターを流れるすべての電流。 エミッタ抵抗で電圧が低下するため、完全には依存しません。 コレクタ電流が増加すると、エミッタ電流とエミッタ抵抗両端の電圧降下も増加します。 この負のフィードバックは、ベースとエミッタ間の差を減少させ、ベース電流を低下させる傾向があります。 同様に、ベース電流が低いとコレクタ電流が減少する傾向があり、初期コレクタ電流の増加と相殺します。

バイアス補正

ソリッドステートアンプでは、特定のアプリケーションで信号ゲインの損失が許容できない場合、動作点のドリフトを低減するために補償技術がよく使用されます。 最大のバイアスと熱安定化を提供するために、補償と安定化の両方の方法を併用できます。

次の図は、ダイオード補償と自己バイアス安定化の両方を利用したダイオード補償技術を示しています。 ダイオードとトランジスタの両方が同じタイプの場合、それらは回路全体で同じ温度係数を持ちます。 ここで、ダイオードは順方向にバイアスされています。 指定された回路のKVLは次のように表すことができます-

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

上記の式から、$ V _ \ {BE} $がVO w.r.tに続くことが明らかです。 温度とIcは、$ V _ \ {BE} $の変動には影響しません。 これは、$ V _ \ {BE} $の変動によるトランジスタの動作点を管理するための効果的な方法です。

バイアス補正

温度補償デバイス

温度に敏感なデバイスを使用して、トランジスタの内部特性の変動を補正することもできます。 サーミスタの温度係数は負です。つまり、温度が上昇すると、抵抗が指数関数的に減少します。 次の図は、サーミスタ(R〜T〜)を使用して、温度による$ V _ \ {BE} $、ICO、またはβの変化によるコレクタ電流の増加を減らす回路を示しています。

補償サーミスタ

温度が上昇すると、R〜T〜が減少し、R〜T〜を介してR〜E〜に供給される電流が増加します。 R〜E〜での動作電圧降下は、トランジスタに逆バイアスをかける逆方向です。 R〜T〜は、温度の上昇により増加するICの増加を補償する傾向があります。