بایاس ترانزیستور دوقطبی
ترانزیستورهای دوقطبی باید به‌طور صحیح بایاسشده باشند تا به درستی کار کنند. در مدارهای ساخته شده با قطعات مجزا (مدارهای گسسته)، شبکه‌های بایاس متشکل از مقاومت‌ها معمولاً بکار می‌روند. تنظیمات بسیار دقیق‌تر بایاس در مدارهای مجتمع استفاده می‌شود، به عنوان مثال، منابع ولتاژ شکاف‌باند و آینه‌های جریان. پیکربندی تقسیم ولتاژ با استفاده از مقاومت‌ها در الگوهای خاص، به ولتاژهای صحیح دست می‌یابد. با انتخاب مقادیر مناسب مقاومت، می‌توان سطح پایدار جریان را بدست آورد که فقط کمی با دما و با خصوصیات ترانزیستور مانند β تغییر می‌کند.
نقطه کار یک قطعه، همچنین به عنوان "نقطه بایاس"، "نقطه" "ساکن" یا "نقطه-Q شناخته می‌شود"، نقطه‌ای از مشخصات خروجی است که ولتاژ DC کلکتور-امیتر ("V") و جریان کلکتور ("I") را نشان می‌دهد. بدون سیگنال ورودی اعمال شد.
مدار بایاس برای تغییر در مشخصات ترانزیستور و دمای کار، نقطه کار ترانزیستور را تثبیت می‌کند. بهره ترانزیستور می‌تواند به‌طور قابل ملاحظه‌ای بین دسته‌های مختلف متفاوت باشد، که این امر باعث ایجاد نقاط کار بسیار متفاوت برای واحدهای متوالی در تولید پشت سر هم یا پس از تعویض یک ترانزیستور می‌شود. توسط اثر ارلی، بهره جریان تحت تأثیر ولتاژ کلکتور-امیتر قرار می‌گیرد. هر دوی بهره و ولتاژ بیس-امیتر به دما بستگی دارد. جریان نشت نیز با افزایش دما افزایش می‌یابد. شبکه بایاس برای کاهش اثرات تغییرپذیری قطعه، دما و تغییرات ولتاژ انتخاب شده‌است.
برای کار آنالوگ یک تقویت‌کننده کلاس A، نقطه Q جایی قرار می‌گیرد تا ترانزیستور در حالت فعال بماند (در هنگام کار در ناحیه اشباع یا ناحیه قطع جابه‌جا نشود) وقتی از ورودی استفاده می‌شود. برای کار دیجیتالی، نقطه Q جایی قرار می‌گیرد تا ترانزیستور برعکس عمل کند - از حالت «روشن» (اشباع) به حالت «خاموش» (قطع) سوئیچ می‌شود. غالباً، نقطه Q در نزدیکی مرکز ناحیه فعال یک ترانزیستور مشخص می‌شود تا نوسانات سیگنال شبیه به هم در جهت مثبت و منفی امکان‌پذیر باشد.
در جریان ثابت، افت ولتاژ در پایه امیتر-بیس "V" از یک ترانزیستور دو قطبی با مقدار mV 2 (برای سیلیکون) و 1.8 mV (برای ژرمانیم) برای هر ۱ افزایش درجه حرارت درجه حرارت (مرجع ۲۵ است درجه سانتیگراد) "کاهش می‌یابد." با استفاده از مدل ابرز-مول، اگر ولتاژ بیس–امیتر "V" ثابت نگه داشته شود و دما افزایش یابد، جریان از طریق دیود بیس-امیتر "I" افزایش می‌یابد، و در نتیجه جریان کلکتور "I" نیز افزایش می‌یابد. بسته به نقطه بایاس، توان اتلاف شده در ترانزیستور نیز افزایش می‌یابد و این باعث افزایش بیشتر دمای آن و تشدید مشکل خواهد شد. این بازخورد مثبتِ مُضر منجر به فرار حرارتی می‌شود. روش‌های مختلفی برای کاهش فرار حرارتی ترانزیستور دو قطبی وجود دارد. مثلاً،
مدارهای زیر استفاده از بازخورد منفی برای جلوگیری از فرار حرارتی را نشان می‌دهند.
در ادامه پنج مدار متداول بایاس کردن برای استفاده از تقویت‌کننده‌های ترانزیستور دو قطبی کلاس A مورد بحث قرار می‌گیرد: به این شکل از بایاس "بایاس بیس یا بایاس مقاومت ثابت" نیز گفته می‌شود. در تصویر مثال سمت راست، منبع تغذیه تکی (به عنوان مثال باتری) برای کلکتور و بیس ترانزیستور استفاده می‌شود، اگرچه از باتری‌های جداگانه نیز می‌توان استفاده کرد.
در مدار داده شده،
از این رو،
برای ترانزیستور داده شده، V در طول استفاده تغییر چندانی ندارد. از آنجا که V مقداری ثابت است، در انتخاب R، جریان بیس I ثابت می‌شود؛ بنابراین، به این نوع مدار "ثابت بایاس ثابت گفته می"شود.
همچنین، برای مدار داده‌شده،
از این رو،
بهره جریان امیتر مشترک ترانزیستور یک پارامتر مهم در طراحی مدار است و برای یک ترانزیستور خاص روی برگه داده‌ها مشخص شده‌است. به عنوان β در این صفحه نشان داده شده‌است.
زیرا
ما می‌توانیم I را نیز بدست آوریم. به این ترتیب، می‌توان نقطه کار داده شده به عنوان (V ،I) را برای ترانزیستور داده شده تنظیم کرد.
مزایای:
معایب:
با توجه به اشکالات ذاتی فوق، بایاس ثابت به ندرت در مدارهای خطی مورد استفاده قرار می‌گیرد (یعنی مدارهایی که از ترانزیستور به عنوان منبع جریان استفاده می‌کنند). در عوض، اغلب در مدارهایی که از ترانزیستور به عنوان کلید استفاده می‌شود، استفاده می‌شود. با این وجود، یکی از کاربردهای بایاس ثابت، دستیابی کنترل خودکار بهره ابتدایی در ترانزیستور با مقاومت تغذیه بیس از سیگنال DC است که از خروجی AC طبقه بعدی حاصل می‌شود.
این پیکربندی از بازخورد منفی برای جلوگیری از فرار حرارتی و تثبیت نقطه کار استفاده می‌کند. در این شکل از بایاس، مقاومت بیس formula_6 به جای اتصال آن به formula_7 منبع DC به کلکتور متصل شده‌است؛ بنابراین هر فرار حرارتی باعث افت ولتاژ بر روی مقاومت formula_8 می‌شود که جریان بیس ترانزیستور را کنترل می‌کند.
از قانون ولتاژ کیرشهف، ولتاژ formula_9 ولتاژ دو سر مقاومت بیس formula_6 است
توسط مدل ابرز-مول (Ebers – Moll), formula_12 و همین‌طور
از قانون اهم، جریان بیس formula_14 و همین‌طور
از این رو جریان بیس formula_16 است
اگر formula_18 ثابت نگه داشته شود و دما افزایش یابد، سپس جریان کلکتور formula_19 افزایش می‌یابد. با این حال، formula_19 بزرگتر باعث افزایش افت ولتاژ در مقاومت formula_21 می‌شود، که به نوبه خود باعث کاهش ولتاژ formula_9 دوسر مقاومت بیس formula_6 می‌شود. افت ولتاژ پایین‌تر مقاومت بیس جریان بیس formula_16 را کاهش می‌دهد، که باعث می‌شود جریان کلکتور formula_19 کمتر شود. از آنجا که افزایش جریان کلکتور با درجه حرارت مخالف است، نقطه کار ثابت نگه‌داشته‌شده‌است.
مزایای:
معایب:
این حالت وقتی است که
بازخورد منفی همچنین مقاومت تقویت‌کننده ورودی را همان‌طور که از بیس مشاهده می‌شود افزایش می‌دهد، که می‌تواند سودمند باشد. با توجه به کاهش بهره از بازخورد، این فرم بایاس فقط هنگامی استفاده می‌شود که معاوضه برای پایداری ضروری باشد.
مدار بایاس ثابت با اتصال یک مقاومت خارجی به امیتر تغییر یافته‌است. این مقاومت بازخورد منفی را نشان می‌دهد که نقطه Q را تثبیت می‌کند. از قانون ولتاژ کیرشهف، ولتاژ دوسر مقاومت بیس است
از قانون اهم جریان بیس است
نحوه کنترل بازخورد نقطه بایاس به شرح زیر است. اگر V ثابت شود و دمای افزایش یابد، جریان امیتر افزایش می‌یابد. با این حال، I بزرگتر ولتاژ امیتر V = IR را افزایش می‌دهد، که به نوبه خود باعث کاهش ولتاژ V دوسر مقاومت بیس می‌شود. افت ولتاژ پایین‌تر مقاومت بیس جریان بیس را کاهش می‌دهد و این باعث می‌شود جریان کلکتور کمتر شود زیرا I = β I . جریان کلکتور و جریان امیتر توسط I = α I با α ≈ ۱ در ارتباط است، بنابراین افزایش جریان امیتر با دما مخالف است، و نقطه کار را پایدار نگه می‌دارد.
مدار تمایل به تثبیت نقطه کار در برابر تغییر دما و مقدار β دارد.
معایب:
که تقریباً این حالت است اگر
"تقسیم ولتاژ با استفاده از مقاومت‌های خارجی" R و R. با انتخاب مناسب مقاومت R و R نقطه کار ترانزیستور می‌تواند مستقل از β ساخته شود. در این مدار، تقسیم ولتاژ ولتاژ بیس را مستقل از جریان بیس ثابت نگه می‌دارد، مشروط بر اینکه جریان تقسیم‌کننده نسبت به جریان بیس بزرگ‌تر باشد. با این حال، حتی با یک ولتاژ بیس ثابت، جریان کلکتور با درجه حرارت (به عنوان مثال) متفاوت است بنابراین یک مقاومت امیتر برای تثبیت نقطه Q، شبیه به مدارهای فوق با مقاومت امیتر اضافه می‌شود. پیکربندی تقسیم ولتاژ با استفاده از مقاومت‌ها در الگوهای خاص، به ولتاژهای صحیح دست می‌یابد. با دستکاری مقاومت‌ها به روش‌های خاصی می‌توانید به سطح جریان با ثبات‌تر برسید بدون اینکه مقدار β آن را بیش از حد تحت تأثیر قرار دهد.
در این مدار ولتاژ پایه توسط:
formula_37 ولتاژ در سراسر formula_38formula_39
همچنین formula_42
برای مدار داده شده،
مزایای:
معایب:
که تقریباً این حالت است اگر
پایداری و شایستگی مدار مانند بالا باعث می‌شود که از آن برای مدارهای خطی به‌طور گسترده استفاده شود.
مدار تقسیم ولتاژ استاندارد که در بالا مورد بحث قرار گرفت، با یک اشکال مواجه است - بازخورد AC ناشی از مقاومت R باعث کاهش بهره می‌شود. با قرار دادن یک خازن (C ) به موازات R همان‌طور که در شکل مدار نشان داده شده‌است، می‌توان از این کار جلوگیری کرد. نتیجه این است که نقطه کار DC به خوبی کنترل می‌شود، در حالی که بهره AC بسیار بالاتر (نزدیک به β) از مقدار بسیار پایین‌تر (اما قابل پیش‌بینی) formula_46 بدون خازن است