ไบอัส

การให้ไบอัส หรือ () ในอิเล็กทรอนิกส์เป็นวิธีการของการสร้างแรงดันหรือกระแสไฟฟ้าที่กำหนดไว้ที่จุดต่างๆของวงจรอิเล็กทรอนิกส์เพื่อจุดประสงค์ของการสร้างสภาวะการทำงานที่เหมาะสมของชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์จำนวนมากที่ฟังก์ชันของมันคือการประมวลสัญญาณ (AC) ที่เปลี่ยนแปลงตามเวลา ก็ยังต้องการกระแสหรือแรงดัน (DC) ที่คงที่ในการดำเนินการอย่างถูกต้อง สัญญาณ AC ที่ถูกป้อนให้พวกเขาจะขี่อยู่บนกระแสหรือแรงดันไบอัส DC นี้ อุปกรณ์ประเภทอื่นๆ เช่นหัวบันทึกแม่เหล็ก ต้องการสัญญาณ( AC) ที่เปลี่ยนแปลงตามเวลาเป็นไบอัส จุดปฏิบัติการของอุปกรณ์หนึ่งๆที่เรียกว่าเป็น จุดไบอัส, จุดนิ่ง() หรือ Q-point เป็นแรงดันหรือกระแสไฟฟ้าสภาวะคงที่ ที่ขาใดขาหนึ่งที่ระบุของอุปกรณ์แอคทีฟ (ทรานซิสเตอร์หรือหลอดสูญญากาศ) โดยที่ไม่มีสัญญาณอินพุทป้อนเข้ามา

ภาพรวม

ในวิศวกรรมไฟฟ้า คำว่าไบอัสมีความหมายดังต่อไปนี้
การเบี่ยงเบนอย่างเป็นระบบของค่าค่าหนึ่งจากค่าอ้างอิงค่าหนึ่ง
ปริมาณความเบี่ยงเบนจากค่าอ้างอิงของค่าเฉลี่ยของชุดของค่าหลายค่า
แรง(สนาม)ไฟฟ้า, เครื่องกล, แม่เหล็กหรืออื่นๆที่มีบังคับใช้กับอุปกรณ์ในการสร้างระดับการอ้างอิงถึงเพื่อใช้งานอุปกรณ์นั้น
ในระบบการให้สัญญาณโทรเลข การพัฒนาของแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงเป็นบวกหรือลบที่จุดหนึ่งบนเส้นทาง ที่ควรจะคงอยู่ในระดับอ้างอิงที่ระบุ เช่นระดับศูนย์

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

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

ไบอัสที่ร้อนสามารถลดช่วงชีวิตของหลอด แต่ไบอัสที่"เย็น"สามารถเหนี่ยวนำให้เกิดการบิดเบือนแบบครอสโอเวอร์

ไบอัสยังเป็นคำที่ใช้สำหรับสัญญาณความถี่สูงที่ถูกเพิ่มให้กับสัญญาณเสียงที่ถูกบันทึกไว้ในเทป แม่เหล็ก ดู tape bias
 
ไบอัสถูกใช้ในดาวเทียมออกอากาศตรง เช่น DirecTV และ Dish Network ซึ่งเป็นกล่องรับ/ถอดรหัส(IRD)แบบบูรณาการที่จริงๆแล้วให้กำลังเครื่องแปลง/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 สัญญาณอินพุทขนาดเล็กสร้างสัญญาณเอาต์พุตขนาดใหญ่โดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงใดๆในรูปคลื่น (ความเพี้ยนต่ำ) นั่นคือสัญญาณอินพุททำให้สัญญาณเอาต์พุตเปลี่ยนแปลง ขึ้นและลงรอบๆ Q-point ในลักษณะที่เป็นสัดส่วนอย่างเคร่งครัดกับอินพุท แต่เนื่องจาก ทรานซิสเตอร์ไม่เป็นเชิงเส้น, แอมป์ทรานซิสเตอร์ทำงานได้เพียงใกล้เคียงกับเชิงเส้น สำหรับ การบิดเบือนต่ำ ทรานซิสเตอร์จะต้องถูกไบอัสเพื่อที่ว่าการแกว่งของสัญญาณเอาต์พุตไม่ได้ ไดรฟ์ทรานซิสเตอร์ให้เข้าไปในภูมิภาคของการทำงานไม่เชิงเส้นที่สุดขั้ว สำหรับแอมป์ทรานซิสเตอร์สองขั้ว ความต้องการนี้หมายความว่า ทรานซิสเตอร์จะต้องอยู่ในโหมดแอคทีฟ และหลีกเลี่ยงการ cut-off หรือการอิ่มตัว ความต้องการเดียวกันกับแอมป์ MOSFET แม้ว่า คำศัพท์จะแตกต่างกันเล็กน้อย: MOSFETต้องอยู่ในโหมดแอคทีฟ(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 กระบวนการนี้เกิดขึ้นซ้ำๆ และในที่สุด Q-point อาจเลื่อนเข้าสู่ ภูมิภาคอิ่มตัว บางครั้งความร้อนส่วนเกินที่ถูกผลิตขึ้นที่ junction อาจเผาทรานซิสเตอร์ สิ่งนี้เรียกว่า thermal runaway
เมื่อทรานซิสเตอร์จะถูกแทนที่ด้วยตัวอื่นในชนิดเดียวกัน Q-point อาจเปลี่ยน เนื่องจากมีการเปลี่ยนแปลงในพารามิเตอร์ของทรานซิสเตอร์ เช่นเกนกระแส(\beta) ซึ่งแตกต่างกันเล็กน้อย สำหรับแต่ละทรานซิสเตอร์ที่ไม่ซ้ำกัน

เพื่อหลีกเลี่ยงการเปลี่ยนแปลงของ Q-point เสถียรภาพของไบอัสเป็นสิ่งที่จำเป็น วงจรการให้ไบอัสที่หลากหลายสามารถนำมาใช้เพื่อการนี้

ไมโครโฟน

ไมโครโฟน Electret มักจะมี junction field-effect transistor เป็นตัวแปลงอิมพีแดนซ์เพื่อขับ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อื่นๆภายในรัศมีไม่กี่เมตรของไมโครโฟน กระแสของการทำงานของ JFET นี้ปกติจะเป็น 0.1-0.5 มิลลิแอมป์ และมักจะถูกเรียกว่า ไบอัส ซึ่ง จะแตกต่างจากอินเตอร์เฟซพลังงานผี 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

วิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส์