ไบอัส

**การให้ไบอัส** () ในอิเล็กทรอนิกส์เป็นวิธีการของการสร้างแรงดันหรือกระแสไฟฟ้าที่กำหนดไว้ที่จุดต่าง ๆ ของวงจรอิเล็กทรอนิกส์เพื่อจุดประสงค์ของการสร้างสภาวะการทำงานที่เหมาะสมของชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์จำนวนมากที่ฟังก์ชันของมันคือการประมวลสัญญาณ (AC) ที่เปลี่ยนแปลงตามเวลา ก็ยังต้องการกระแสหรือแรงดัน (DC) ที่คงที่ในการดำเนินการอย่างถูกต้อง สัญญาณ AC ที่ถูกป้อนให้พวกเขาจะขี่อยู่บนกระแสหรือแรงดันไบอัส DC นี้ อุปกรณ์ประเภทอื่น ๆ เช่น หัวบันทึกแม่เหล็ก ต้องการสัญญาณ (AC) ที่เปลี่ยนแปลงตามเวลาเป็นไบอัส จุดปฏิบัติการของอุปกรณ์หนึ่ง ๆ ที่เรียกว่าเป็น จุดไบอัส, จุดนิ่ง () หรือ Q-point เป็นแรงดันหรือกระแสไฟฟ้าสภาวะคงที่ ที่ขาใดขาหนึ่งที่ระบุของอุปกรณ์แอคทีฟ (ทรานซิสเตอร์หรือหลอดสูญญากาศ) โดยที่ไม่มีสัญญาณอินพุทป้อนเข้ามา

## ภาพรวม

ในวิศวกรรมไฟฟ้า คำว่าไบอัสมีความหมายดังต่อไปนี้
#การเบี่ยงเบนอย่างเป็นระบบของค่าค่าหนึ่งจากค่าอ้างอิงค่าหนึ่ง
#ปริมาณความเบี่ยงเบนจากค่าอ้างอิงของค่าเฉลี่ยของชุดของค่าหลายค่า
#แรง (สนาม) ไฟฟ้า, เครื่องกล, แม่เหล็กหรืออื่น ๆ ที่มีบังคับใช้กับอุปกรณ์ในการสร้างระดับการอ้างอิงถึงเพื่อใช้งานอุปกรณ์นั้น
#ในระบบการให้สัญญาณโทรเลข การพัฒนาของแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงเป็นบวกหรือลบที่จุดหนึ่งบนเส้นทาง ที่ควรจะคงอยู่ในระดับอ้างอิงที่ระบุ เช่นระดับศูนย์

หมายเหตุ: ไบอัสอาจถูกนำมาใช้หรือผลิตโดย (i) ลักษณะไฟฟ้าของสายกำลัง (ii) อุปกรณ์ปลายทาง และ (iii) รูปแบบการให้สัญญาณ

ส่วนใหญ่ ไบอัสมักจะหมายถึงเพียงแค่แรงดันไฟฟ้ากระแสตรงค่าคงที่ที่ใส่ให้ที่จุดเดียวกันของวงจรเพื่อให้เป็นสัญญาณกระแสสลับ (AC) บ่อยครั้งเพื่อเลือกการตอบสนองการใช้งานที่ต้องการของสารกึ่งตัวนำหรือชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์อื่น ๆ (ไบอัสไปข้างหน้าหรือย้อนกลับ) ตัวอย่างเช่น แรงดันไฟฟ้าไบอัสถูกใส่ให้ทรานซิสเตอร์ในตัวขยายสัญญาณอิเล็กทรอนิกส์เพื่อให้ทรานซิสเตอร์ทำงานในภูมิภาคเฉพาะของเส้นโค้งของ transconductance สำหรับหลอดสูญญากาศ, แรงดันไฟฟ้าไบอัสที่กริด (สูงมาก) ก็มักจะถูกจ่ายให้กับขากริดด้วยเหตุผลเดียวกัน

ไบอัสที่ร้อนสามารถลดช่วงชีวิตของหลอด แต่ไบอัสที่ "เย็น" สามารถเหนี่ยวนำให้เกิดการบิดเบือนแบบครอสโอเวอร์

ไบอัสยังเป็นคำที่ใช้สำหรับสัญญาณความถี่สูงที่ถูกเพิ่มให้กับสัญญาณเสียงที่ถูกบันทึกไว้ในเทปแม่เหล็ก
 
ไบอัสถูกใช้ในดาวเทียมออกอากาศตรง เช่น DirecTV และ Dish Network ซึ่งเป็นกล่องรับ/ถอดรหัส (IRD) แบบบูรณาการที่จริง ๆ แล้วให้กำลังเครื่องแปลง/เครื่องรับแบบ feedhorn หรือบล็อกเสียงรบกวนต่ำ (LNB) ที่ติดตั้งอยู่บนแขนของจาน ไบอัสนี้ถูกเปลี่ยนจากแรงดันไฟฟ้าต่ำให้เป็นแรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นเพื่อเลือกขั้วของ LNB เพื่อที่จะได้รับสัญญาณที่ถูกทำขั้วให้มีทิศทางตามเข็มหรือทวนเข็มนาฬิกา สิ่งนี้จึงเป็นการยอมให้มันสามารถรับช่องสัญญาณมากเป็นสองเท่า

เรายังคงต้องกำหนดค่าที่ดีที่สุดสำหรับการให้ไบอัสดีซี ในการที่จะเลือกตัวต้านทาน ฯลฯ จุดไบอัสนี้เรียกว่าจุดนิ่ง หรือ Q-point เนื่องจากมันจะให้หลายค่าของแรงดันไฟฟ้าเมื่อไม่มีสัญญาณอินพุท เพื่อกำหนด Q-point เราจำเป็นต้องมองไปที่ช่วงของค่าในภูมิภาคที่ทรานซิสเตอร์แอคทีฟอยู่

## ความสำคัญในวงจรเชิงเส้น

วงจรเชิงเส้นที่เกี่ยวข้องกับทรานซิสเตอร์มักจะต้องการแรงดันและกระแส DC ที่เฉพาะเจาะจงสำหรับการทำงานที่ถูกต้อง ซึ่งสามารถทำได้โดยใช้วงจรไบอัส เพื่อเป็นตัวอย่างหนึ่งของความจำเป็นที่จะต้องระมัดระวังในการให้ไบอัส จอให้พิจารณาตัวขยายสัญญาณทรานซิสเตอร์ ใน แอมป์เชิงเส้น สัญญาณอินพุทขนาดเล็กสร้างสัญญาณเอาต์พุตขนาดใหญ่โดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงใด ๆ ในรูปคลื่น (ความเพี้ยนต่ำ) นั่นคือสัญญาณอินพุททำให้สัญญาณเอาต์พุตเปลี่ยนแปลง ขึ้นและลงรอบ ๆ Q-point ในลักษณะที่เป็นสัดส่วนอย่างเคร่งครัดกับอินพุท แต่เนื่องจากทรานซิสเตอร์ไม่เป็นเชิงเส้น, แอมป์ทรานซิสเตอร์ทำงานได้เพียงใกล้เคียงกับเชิงเส้น สำหรับการบิดเบือนต่ำ ทรานซิสเตอร์จะต้องถูกไบอัสเพื่อที่ว่าการแกว่งของสัญญาณเอาต์พุตไม่ได้ ไดรฟ์ทรานซิสเตอร์ให้เข้าไปในภูมิภาคของการทำงานไม่เชิงเส้นที่สุดขั้ว สำหรับแอมป์ทรานซิสเตอร์สองขั้ว ความต้องการนี้หมายความว่า ทรานซิสเตอร์จะต้องอยู่ในโหมดแอคทีฟ และหลีกเลี่ยงการ cut-off หรือการอิ่มตัว ความต้องการเดียวกันกับแอมป์ MOSFET แม้ว่าคำศัพท์จะแตกต่างกันเล็กน้อย: MOSFET ต้องอยู่ในโหมดแอคทีฟ (หรือโหมดอิ่มตัว) และหลีกเลี่ยงการทำงานที่ cut-off หรือแบบ ohmic (หรือโหมด triode)

## ทรานซิสเตอร์สองขั้วเชื่อม

สำหรับ bipolar junction transistor จุดไบอัสถูกเลือกเพื่อให้ทรานซิสเตอร์ทำงานในโหมดที่แอคทีฟ โดยใช้ความหลากหลายของเทคนิควงจรเพื่อสร้างแรงดันและกระแส DC Q-point จากนั้น สัญญาณขนาดเล็กจะถูกจ่ายบนยอดของแรงดันไฟฟ้าไบอัส Q-point นี่เอง เป็นทั้งการมอดูเลทหรือการสวิตชิ่งกระแสขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ของวงจร

Q-point ของการทำงานปกติอยู่ใกล้ตรงกลางของโหลด DC กระบวนการของการได้รับกระแส DC ที่ขา collector ค่าใดค่าหนึ่งที่ค่าแรงดัน DC ที่ขา collector ค่าใดค่าหนึ่ง โดยการจัดตั้งจุดปฏิบัติการจะเรียกว่า การให้ไบอัส

หลังจากการสร้างจุดปฏิบัติการ เมื่อสัญญาณอินพุทถูกจ่ายให้ สัญญาณเอาต์พุตไม่ควรย้ายทรานซิสเตอร์ให้อยู่ในสภาวะอิ่มตัวหรือ cut-off แต่ การย้ายสภาวะที่ไม่พึงประสงค์นี้ยังอาจเกิดขึ้น เนื่องจากเหตุผลดังต่อไปนี้
#พารามิเตอร์ของทรานซิสเตอร์ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิที่รอยเชื่อม ในขณะที่อุณหภูมิที่รอยเชื่อมสูงขึ้น กระแสรั่วไหลเนื่องจากตัวขนส่งประจุส่วนน้อย (ICBO) จะเพิ่มขึ้น เมื่อ ICBO เพิ่มขึ้น ICEO ก็เพิ่มขึ้นด้วย ก่อให้เกิด การเพิ่มขึ้นของกระแสคอลเลคเตอร์ IC เพิ่มขึ้น การเพิ่มขึ้นนี้จะผลิตความร้อนที่จุดเชื่อมคอลเลคเตอร์ กระบวนการนี้เกิดขึ้นซ้ำ ๆ และในที่สุด Q-point อาจเลื่อนเข้าสู่ ภูมิภาคอิ่มตัว บางครั้งความร้อนส่วนเกินที่ถูกผลิตขึ้นที่ junction อาจเผาทรานซิสเตอร์ สิ่งนี้เรียกว่า thermal runaway
#เมื่อทรานซิสเตอร์จะถูกแทนที่ด้วยตัวอื่นในชนิดเดียวกัน Q-point อาจเปลี่ยน เนื่องจากมีการเปลี่ยนแปลงในพารามิเตอร์ของทรานซิสเตอร์ เช่น เกนกระแส (\beta) ซึ่งแตกต่างกันเล็กน้อย สำหรับแต่ละทรานซิสเตอร์ที่ไม่ซ้ำกัน

เพื่อหลีกเลี่ยงการเปลี่ยนแปลงของ Q-point เสถียรภาพของไบอัสเป็นสิ่งที่จำเป็น วงจรการให้ไบอัสที่หลากหลายสามารถนำมาใช้เพื่อการนี้

## ไมโครโฟน

ไมโครโฟน Electret มักจะมี junction field-effect transistor เป็นตัวแปลงอิมพีแดนซ์เพื่อขับ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อื่น ๆ ภายในรัศมีไม่กี่เมตรของไมโครโฟน กระแสของการทำงานของ JFET นี้ปกติจะเป็น 0.1-0.5 มิลลิแอมป์ และมักจะถูกเรียกว่า ไบอัส ซึ่งจะแตกต่างจากอินเตอร์เฟซพลังงานผี ซึ่งจ่ายแรงดัน 48 โวลต์เพื่อ operate แผ่นหลังของ ไมโครโฟนแบบดั้งเดิม ไบอัสของ Electret ไมโครโฟนบางครั้งถูกจ่ายผ่านตัวนำที่แยกต่างหาก

## ดูเพิ่ม

*Bipolar junction transistor
*Bipolar transistor biasing
*MOSFET
*Idling current
*Small signal model
*Tape bias

## อ้างอิง

หมวดหมู่:วิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส์