ไบอัส
การให้ไบอัส หรือ (อังกฤษ: biasing) ในอิเล็กทรอนิกส์เป็นวิธีการของการสร้างแรงดันหรือกระแสไฟฟ้าที่กำหนดไว้ที่จุดต่างๆของวงจรอิเล็กทรอนิกส์เพื่อจุดประสงค์ของการสร้างสภาวะการทำงานที่เหมาะสมของชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์จำนวนมากที่ฟังก์ชันของมันคือการประมวลสัญญาณ (AC) ที่เปลี่ยนแปลงตามเวลา ก็ยังต้องการกระแสหรือแรงดัน (DC) ที่คงที่ในการดำเนินการอย่างถูกต้อง สัญญาณ AC ที่ถูกป้อนให้พวกเขาจะขี่อยู่บนกระแสหรือแรงดันไบอัส DC นี้ อุปกรณ์ประเภทอื่นๆ เช่นหัวบันทึกแม่เหล็ก ต้องการสัญญาณ( AC) ที่เปลี่ยนแปลงตามเวลาเป็นไบอัส จุดปฏิบัติการของอุปกรณ์หนึ่งๆที่เรียกว่าเป็น จุดไบอัส, จุดนิ่ง(อังกฤษ: quiescent point) 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
- This article incorporates public domain material from the General Services Administration document "Federal Standard 1037C" (in support of MIL-STD-188).
- http://www.shure.com/ProAudio/Products/us_pro_ea_phantom
- IEC Standard 61938