晶體(tǐ)管偏置和输出偏置電(diàn)压

2020-07-21

双极结型晶體(tǐ)管（BJT）操作為(wèi)在应用(yòng)如放大器，振荡器等，或者在转换器的数字装置和开关電(diàn)路或者模拟设备。晶體(tǐ)管的这种双重作用(yòng)是通过晶體(tǐ)管偏置实现的。

施加到晶體(tǐ)管的两个PN结的偏置会影响多(duō)数载流子的运动，从而影响晶體(tǐ)管的性能(néng)。晶體(tǐ)管在放大器中工作的偏置与基于晶體(tǐ)管的转换器中的偏置完全不同。表1给出了有(yǒu)关当晶體(tǐ)管用(yòng)作模拟和数字设备时发射极和集電(diàn)极结处的工作范围和偏置条件的详细信息。

表1晶體(tǐ)管的工作區(qū)域和偏置条件

晶體(tǐ)管开关的偏置電(diàn)路通常称為(wèi)基极驱动電(diàn)路。我们正在讨论晶體(tǐ)管放大器中的晶體(tǐ)管偏置。

通常，晶體(tǐ)管放大器在其输入和输出之间共享一个公共端子，表2给出了三种可(kě)能(néng)的配置。

表2.晶體(tǐ)管配置详细信息

图1基本CE放大器

让我们来了解一下一个CE硅NPN晶體(tǐ)管放大器（如图1所示）。可(kě)以从单个直流電(diàn)压V cc提供E和C结，因為(wèi)它满足了提供输入晶體(tǐ)管電(diàn)流的主要目的。当交流信号V in与偏置電(diàn)压V CC叠加时，它类似地随时间变化I B。遵守表2中针对CE放大器给出的关系，并且I c遵循I B的形状。晶體(tǐ)管数据手册中以表示的電(diàn)流增益為(wèi)I c -I B关系中的比例常数。電(diàn)压降I C R L给出交流输出電(diàn)压V out。 

您认為(wèi)没有(yǒu)直流偏置就可(kě)以放大吗？如果是这样，请从基准断开V cc并预测V out。我们知道，EB结仅在V in > 0.7 V（EB電(diàn)压降）的瞬时值保持FB ，否则保持RB。现在，将此概念与负半周期和V in <0.7的瞬间相结合。考虑到所有(yǒu)因素，您应该处于无電(diàn)压状态。 

确定最佳偏置電(diàn)压

在图1中，包括了耦合電(diàn)容器C i和C c，以分(fēn)别阻止输入和输出的直流分(fēn)量。如果去除了C c，则输出電(diàn)压V out会发生V cc電(diàn)压的直流偏移。  

现在，如果要设计一个放大器，使其输出交流電(diàn)压峰值為(wèi)10 V，那么您希望使用(yòng)哪种偏置電(diàn)压？您的答(dá)案等于10 V吗？哦，没问题，我们会逐步解决。 

您知道C c之前和之后的電(diàn)压。  分(fēn)别是（10 V峰值交流電(diàn)压+ V cc）和10 V峰值交流電(diàn)压。如果要在C c之后寻找对称的10 V峰值交流输出電(diàn)压，则V cc至少应為(wèi)20 V，对吗？如果没有(yǒu)，会发生什么？输出電(diàn)压Vout将不对称，峰值将无法满足要求。可(kě)以肯定地说，最佳V cc应该為(wèi)2 *（所需V out的峰值幅度）。如果您可(kě)以在上述计算中加上晶體(tǐ)管的压降和源极電(diàn)阻，则V cc将成為(wèi)最佳选择。 

Q点易受晶體(tǐ)管偏置電(diàn)压的影响吗？

一旦连接了V cc，IB就开始在電(diàn)路中循环（图1）。从图2中可(kě)以看出，对于每个IB，都有(yǒu)一组（V CE，I C）坐(zuò)标。在零V in时从V cc提供的I B的（V CE，I C）称為(wèi)直流工作点或静态点（Q点）。对于線(xiàn)性晶體(tǐ)管放大器，明智的做法是将Q点保持在有(yǒu)源區(qū)域的中间。 

图2 Q点是CE晶體(tǐ)管的直流负载線(xiàn)和输出特性的交点

如何将Q点放置在活动區(qū)域的中间？这可(kě)以通过使用(yòng)插入在V cc和晶體(tǐ)管基极之间的限制電(diàn)阻R B来调节V cc提供的I B来实现。偏置電(diàn)路的设计有(yǒu)两个注意事项：

即使引入由于V in引起的AC摆幅，I B仍应保持在有(yǒu)源區(qū)的中间。这保证了放大器的稳定和線(xiàn)性工作。

与这些I B摆幅相对应的（V CE，I C）应在晶體(tǐ)管数据手册中规定的（V CE，sat，I C，sat）范围内。

在选定的I B曲線(xiàn)中，有(yǒu)许多(duō)满足上述标准的（V CE，I C）组合。在选择的I B曲線(xiàn)中，将Q点精确固定在哪里？这可(kě)以通过画直流负载線(xiàn)来解决。连接放大電(diàn)路中最大可(kě)能(néng)的I c和V CE的線(xiàn)称為(wèi)直流负载線(xiàn)。 

施加KVL在直流偏置条件下与放大器（图一）的输出侧（C ç内部電(diàn)阻忽略不计），我们得到

V CE = V cc -I C R L                       （1）

最大可(kě)能(néng)的I C和V CE分(fēn)别由公式（2）和（3）给出 

V CE，max = V cc在I C = 0（2）

I C，最大 = V cc / R L，V CE = 0（3）

直流负载線(xiàn)与所选的I B曲線(xiàn)的交点是忠实运行放大器的理(lǐ)想Q点。

对于给定的放大器，Q点随着V cc的上升而向上移动，反之亦然。现在，您对V cc连续波动的晶體(tǐ)管放大器的Q点有(yǒu)何推断？对，就是这样！我们需要稳定的晶體(tǐ)管偏置以实现无失真放大。

偏置点分(fēn)析

有(yǒu)时找到智能(néng)快捷方式是可(kě)以的。通过在電(diàn)路仿真平台中运行偏置点分(fēn)析，可(kě)以确定放大器不同组件中的Q点以及電(diàn)压，電(diàn)流和功率消耗。