雙極結(jié)晶體管電路的偏置

1、雙極結(jié)晶體管電路的偏置bjt工作區(qū)：讓我們從回顧bjt的工作區(qū)。 圖1給出了工作區(qū)和相關(guān)參數(shù)。飽和區(qū)放大區(qū)擊穿區(qū)-1 -# -截止區(qū)breakdownvce-# -# -圖1 : bjt特征曲線f面總結(jié)每個(gè)區(qū)域的特征 1 .截止區(qū)b-e結(jié)反向偏置。沒(méi)有電流流過(guò) 2.飽和區(qū)b-e結(jié)和c-b結(jié)均正向偏置ic達(dá)到最大值，但與i b和 阮關(guān)v ce < v be。，沒(méi)有控制作用3.放大區(qū)c-b結(jié)反向偏置。vcc , i c =0b?？煽刂芺-e結(jié)正向偏置,v be v v ce v4.擊穿區(qū)i c和v ce超出范圍使晶體管損壞-2 -我們將主要討論晶體管在放大區(qū)的工作情況。bjt在這一區(qū)域的模型

2、如圖 2所示-3 -# -lbei：圖2運(yùn)行在放大區(qū)的 bjt大信號(hào)模型大信號(hào)模型的兩個(gè)重要的狀態(tài)是：1. b-e結(jié)正向偏置，0.7伏結(jié)壓降，電流流過(guò)，bjt導(dǎo)通2. b-e兩點(diǎn)反相偏置，沒(méi)有電流流過(guò)，bjt被關(guān)斷我們喜歡將三極管作為一個(gè)放大倍數(shù)為a的放大器，如圖3所示-# -# -# -# -圖3放大器符號(hào)，三極管圖4給出了 bjt電路電壓傳輸特性曲線（輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系曲線） 起放大作用時(shí)，應(yīng)該工作在放大區(qū)或線性區(qū)。j圖4 bjt 電路的電壓傳輸特性我們遇到一個(gè)挑戰(zhàn)，那就是不能簡(jiǎn)單地將信號(hào)電壓加在基極上，因?yàn)榫w管有可能脫線性工作區(qū)。考慮放大器電路圖5。我們將定性分析電路在兩個(gè)不

3、同輸入信號(hào)情況下的電壓的傳輸特性。 圖6 （a）和（b）具體給出了這兩種情況.。圖5放大電路在圖6（a）中的輸入信號(hào)的波動(dòng)導(dǎo)致晶體管運(yùn)行在放大區(qū)以外。如圖所示在圖形中的信號(hào) 被部分截去。與圖 6（ b）的情況相比較。輸入信號(hào)被移到放大區(qū)中間并且得到輸入波形的 完整的放大信號(hào)。-4 -簡(jiǎn)單的解決方法是去將輸入電壓調(diào)到線性區(qū)的中間。這樣系統(tǒng)才可能接受輸入電壓的波形并且仍然工作在放大區(qū)。這種偏移電壓叫做偏置，接下來(lái)我們將研究實(shí)現(xiàn)這一功能的電路。-5 -q點(diǎn)在負(fù)載線上q點(diǎn)對(duì)應(yīng)于一個(gè)具體的點(diǎn)。在工作點(diǎn)q,放大信號(hào)的幅值為 0。特征曲線如圖7所示。如圖8所示，q點(diǎn)也應(yīng)在i c和v ce的特性曲線上。工作點(diǎn)

4、 q點(diǎn)實(shí)際上是負(fù)載線和晶體管特性 曲線的交點(diǎn)。-6 -i b2所輸入實(shí)際上q點(diǎn)可以是負(fù)載線與晶體管運(yùn)行曲線的任意一個(gè)交點(diǎn)。我們?cè)趫D8中已經(jīng)選擇了對(duì)應(yīng)的特性曲線與負(fù)載線的交點(diǎn)作為q點(diǎn)，因?yàn)檫@點(diǎn)處在負(fù)載線的中間位置。在實(shí)際應(yīng)用中通常q點(diǎn)選在直流值lc和vce為最大值一半位置上， 如圖9所示。通常被叫做中間偏置， 信號(hào)可以達(dá)到最大幅值，而且不會(huì)因?yàn)樾盘?hào)被削去而出現(xiàn)失真。（假設(shè)信號(hào)范圍比最大有效范圍?。?7 -# -圖9 q 點(diǎn)取在中間位置bjt偏置類型基極偏置考慮圖10所示電路 這個(gè)電路的直流工作點(diǎn)（q點(diǎn)）與輸入v無(wú)關(guān)。（我們用小寫v表示交流信號(hào)，以區(qū)別由 v 表示的靜態(tài)工作點(diǎn)） 基極電流由基極和發(fā)

5、射極間的電壓決定，有(1.1)cc 人他 + i be基極電流為-8 -# -(1.2)在放大區(qū)運(yùn)行二必-# -(1.3)考慮集電極和發(fā)射極回路有:(1.4)集電極電流為:(1.5)公式（1.5）是電路負(fù)載線公式，它和公式（1.3）決定了 q點(diǎn)。我們看到q點(diǎn)取決于晶體管的 b值。b值不是一個(gè)精確量，它的數(shù)值隨溫度的改變而改變。 因此，按照b值設(shè)計(jì)q點(diǎn)，達(dá)不到令人滿意的設(shè)計(jì)。不要用b值來(lái)設(shè)計(jì)分壓偏置讓我們分析以下圖11的電路。這里在晶體管的基極上我們應(yīng)用了分壓電路，發(fā)射極加了電 阻re。電容c被稱為耦合電容，在放大器和信號(hào)源vi之間提供直流隔離作用。因此耦合電容的作用是割除信號(hào)源vi中的直流量，

6、防止直流量進(jìn)入放大電路即隔直作用。-10 -# -圖11分壓偏置電路現(xiàn)在我們考慮偏置問(wèn)題（即產(chǎn)生理想的靜態(tài)工作點(diǎn)）。最常見(jiàn)偏置是假定輸入信號(hào)既可以是正向的又可以是反向的。因此，當(dāng)vi=0時(shí)，設(shè)置輸出電壓 vo=vcc/2（中間）。bjt的有關(guān)等為了找到與此工作點(diǎn)對(duì)應(yīng)的基極電壓我們需要關(guān)注電路中的電流。回憶一下 式有:（厶=必）。如果'- 一,rc上的壓降一定為vcc/2,，電流(1.6)-# -現(xiàn)在，已知集電極電流，且工作在線形區(qū)，則基極電流為:-11 -(1.7)在直流通路中，a左邊電路的戴維寧等效電路如圖12所示。/?陽(yáng)=(1.8)(1.9)圖12沿基極和發(fā)射極回路列kvl有：th

7、 ' uq埒h十"砒伽、十'農(nóng)忑(1.10)當(dāng)晶體管運(yùn)行在放大區(qū)時(shí)發(fā)射極電流為= ( 1 + 0"理(1.11)由公式(1.10)基極電流變?yōu)?13 -(1.12)y -vj _ v th y heon)最后靜態(tài)集電極電流變?yōu)?14 -(1.12)-# -(1.12)(1.13)-# -(1.12)-# -(1.12)我們的目標(biāo)是確定一個(gè)穩(wěn)定的靜態(tài)工作點(diǎn)。而這個(gè)工作點(diǎn)的確定與丨無(wú)關(guān)。從公式(1.13)我們可以看到如果時(shí),(1.14)fv= (i+m；對(duì)于3>>1有-# -(1.12)-# -(1.12)(1.15)-15 -(1.12)在實(shí)際中一

8、個(gè)普遍接受的設(shè)計(jì)規(guī)則是：-# -(1.12)-# -(1.12)(1.16)-# -這個(gè)靜態(tài)vce能利用c-e回路的負(fù)載線公式得到-16 -# -對(duì)3>>1變成(1.17)(1.18)-17 -q點(diǎn)被公式(1.15)和(1.18)決定-# -# -采用分壓偏置電路我們已經(jīng)獲得了穩(wěn)定q點(diǎn)(不依賴b值)。-# -現(xiàn)在讓我們研究一下放大器的小信號(hào)增益。晶體管工作在放大區(qū)（線形區(qū)）的q點(diǎn)，由b-e和c-e回路分別有。-18 -# -(1.19)(1.20)在圖12如果在輸入電路中疊加了一個(gè)小信號(hào)vi，如圖13所示。ccuth0()vo圖13-# -# -對(duì)b-e回路列kvl有-# -# -對(duì)c-e回路有(1.21)(1.22)-19 -# -當(dāng)ie,ib,vce為小信號(hào)參數(shù)且vbe=o，晶體管處于導(dǎo)通狀態(tài)，結(jié)電壓為常數(shù)。電壓增益器為:©二嘰&和 0 + 1加理+訂刑(1.23)(/? + 1 £ + rfh回想一下：為了獲得穩(wěn)定的工作點(diǎn)應(yīng)該有，當(dāng)b值很大時(shí)增益變?yōu)?1.24)增益為負(fù)說(shuō)明輸入輸出信號(hào)相位相反。kt觀察公式（1.24）有一個(gè)問(wèn)題：如果 re變?yōu)榱?，?huì)出現(xiàn)什么情況。在我們得