Differenziazione

La polarizzazione in elettronica significa stabilire tensioni o correnti predeterminate in vari punti di un circuito elettronico allo scopo di stabilire condizioni operative adeguate nei componenti elettronici.

Molti dispositivi elettronici come diodi, transistor e tubi a vuoto, la cui funzione è l'elaborazione di segnali che variano nel tempo (CA) richiedono anche una corrente o tensione costante (CC) per funzionare correttamente: un errore . Il segnale CA applicato ad essi viene sovrapposto a questa corrente o tensione di polarizzazione CC.

Il punto operativo di un dispositivo, noto anche come punto di polarizzazione, punto di riposo o punto Q , è la tensione CC o la corrente in corrispondenza di un terminale specificato di un dispositivo attivo (un transistor o un tubo a vuoto) senza alcun segnale di ingresso applicato. Un circuito di polarizzazione è una porzione del circuito del dispositivo che fornisce questa corrente o tensione costante.

Panoramica

Nell'elettronica, la polarizzazione di solito si riferisce a una tensione o corrente continua fissa applicata a un terminale di un componente elettronico come un diodo, un transistor o un tubo a vuoto in un circuito in cui sono presenti anche segnali CA, al fine di stabilire le condizioni operative adeguate per componente. Ad esempio, una tensione di polarizzazione viene applicata a un transistor in un amplificatore elettronico per consentire al transistor di funzionare in una particolare regione della sua curva di transconduttanza. Per i tubi a vuoto, una tensione di polarizzazione di rete viene spesso applicata agli elettrodi di rete per lo stesso motivo.

Nell'ingegneria elettronica, il termine bias ha i seguenti significati:

1. Una deviazione sistematica di un valore da un valore di riferimento
2. L'importo con cui la media di un insieme di valori parte da un valore di riferimento
3. Forza elettrica, meccanica, magnetica o di altro tipo applicata a un dispositivo per stabilire un livello di riferimento per azionare il dispositivo
4. Nei sistemi di segnalazione telegrafica, lo sviluppo di una tensione CC positiva o negativa in un punto su una linea telefonica che dovrebbe rimanere a un livello di riferimento specificato, ad es. Zero.

Nella registrazione su nastro magnetico, il termine bias viene utilizzato anche per un segnale ad alta frequenza aggiunto al segnale audio e applicato alla testina di registrazione, per migliorare la qualità della registrazione sul nastro. Questo si chiama distorsione da nastro.

Importanza nei circuiti lineari

I circuiti lineari che coinvolgono transistor in genere richiedono tensioni e correnti CC specifiche per un corretto funzionamento, che può essere ottenuto utilizzando un circuito di polarizzazione. Come esempio della necessità di un'attenta polarizzazione, si consideri un amplificatore a transistor. Negli amplificatori lineari, un piccolo segnale di ingresso fornisce un segnale di uscita più grande senza alcun cambiamento di forma (bassa distorsione): il segnale di ingresso fa sì che il segnale di uscita vari su e giù attorno al punto Q in un modo strettamente proporzionale all'ingresso. Tuttavia, poiché la relazione tra input e output per un transistor non è lineare su tutto il suo range operativo, l'amplificatore a transistor si avvicina solo al funzionamento lineare. Per una bassa distorsione, il transistor deve essere polarizzato in modo tale che l'oscillazione del segnale di uscita non guidi il transistor in una regione di funzionamento estremamente non lineare. Per un amplificatore a transistor a giunzione bipolare, questo requisito significa che il transistor deve rimanere in modalità attiva ed evitare interruzioni o saturazione. Lo stesso requisito si applica a un amplificatore MOSFET, sebbene la terminologia differisca leggermente: il MOSFET deve rimanere in modalità attiva ed evitare il taglio o il funzionamento ohmico.

Transistor di giunzione bipolare

Per i transistor a giunzione bipolare, il punto di polarizzazione viene scelto per mantenere il transistor in modalità attiva , utilizzando una varietà di tecniche circuitali, stabilendo la tensione e la corrente CC del punto Q. Un piccolo segnale viene quindi applicato in cima al bias. Il punto Q è in genere vicino al centro della linea di carico CC, in modo da ottenere la massima ampiezza del segnale picco-picco disponibile senza distorsioni dovute al clipping quando il transistor raggiunge la saturazione o il cut-off. Il processo per ottenere una corrente adeguata del collettore CC ad una certa tensione del collettore CC impostando il punto operativo è chiamato polarizzazione.

Tubi del vuoto (valvole termioniche)

La polarizzazione di rete è la tensione CC fornita alla griglia di controllo di un tubo a vuoto rispetto al catodo allo scopo di stabilire il segnale di ingresso zero o le condizioni operative dello stato stazionario del tubo.

• In un tipico amplificatore di tensione di classe A e negli stadi di potenza di classe A e AB1 degli amplificatori di potenza audio, la tensione di polarizzazione CC è negativa rispetto al potenziale del catodo. La tensione di rete istantanea (somma di polarizzazione CC e segnale di ingresso CA) non raggiunge il punto in cui inizia la corrente di rete.
• Gli amplificatori di classe B che utilizzano valvole per uso generale sono polarizzati negativamente al punto di interruzione della corrente della piastra proiettata. La sorgente di tensione di polarizzazione deve avere una bassa resistenza ed essere in grado di fornire la corrente di rete. Quando vengono impiegati tubi progettati per la classe B, la polarizzazione può essere pari a zero.
• Gli amplificatori di classe C sono polarizzati negativamente in un punto ben oltre l'interruzione della corrente della piastra. La corrente di rete si verifica durante significativamente meno di 180 gradi del ciclo della frequenza di ingresso.

Esistono molti metodi per ottenere la distorsione della griglia. Combinazioni di metodi di polarizzazione possono essere utilizzate sulla stessa provetta.

• Polarizzazione fissa : il potenziale della rete CC è determinato dalla connessione a un'impedenza appropriata che passerà CC da una fonte di tensione appropriata.
• Polarizzazione catodica ( auto-polarizzazione , polarizzazione automatica ) - Viene utilizzata la caduta di tensione attraverso un resistore in serie con il catodo. Il ritorno CC del circuito di rete è collegato all'altra estremità del resistore, facendo sì che la tensione di rete CC sia negativa rispetto al catodo.
• Distorsione da perdita di rete : quando la griglia viene pilotata in modo positivo durante una parte del ciclo di frequenza di ingresso, ad esempio nel funzionamento di classe C, la rettifica nel circuito di griglia in combinazione con l'accoppiamento capacitivo del segnale di ingresso alla griglia produce una tensione CC negativa sulla griglia. Un resistore (la perdita di rete ) consente lo scarico del condensatore di accoppiamento e passa la corrente della rete CC. La tensione di polarizzazione risultante è uguale al prodotto della corrente di rete DC e alla resistenza di dispersione della rete.
• Polarizzazione del bleeder : la caduta di tensione attraverso una parte di una resistenza attraverso l'alimentazione di tensione della piastra determina la polarizzazione della griglia. Il catodo è collegato a un rubinetto sulla resistenza. La griglia è collegata a un'impedenza appropriata che fornisce un percorso CC sul lato negativo dell'alimentazione della tensione della piastra o su un altro rubinetto sulla stessa resistenza.
• Polarizzazione iniziale della velocità ( polarizzazione del contatto ): a causa degli elettroni che entrano nella griglia, una tensione CC viene sviluppata attraverso una griglia per resistore catodico, generalmente nell'intervallo da 1 a 10 megaohm.

Microfoni

Gli elementi del microfono a elettrete generalmente includono un transistor ad effetto di campo di giunzione come convertitore di impedenza per pilotare altri dispositivi elettronici a pochi metri dal microfono. La corrente operativa di questo JFET è in genere da 0,1 a 0,5 mA e viene spesso definita polarizzazione, che è diversa dall'interfaccia di alimentazione phantom che fornisce 48 volt per far funzionare la piastra posteriore di un microfono a condensatore tradizionale. La polarizzazione del microfono a elettrete viene talvolta fornita su un conduttore separato.