雙極結晶體管電路的偏置

1、雙極結晶體管電路的偏置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面總結每個區(qū)域的特征 1 .截止區(qū)b-e結反向偏置。沒有電流流過 2.飽和區(qū)b-e結和c-b結均正向偏置ic達到最大值，但與i b和 阮關v ce < v be。，沒有控制作用3.放大區(qū)c-b結反向偏置。vcc , i c =0b?？煽刂芺-e結正向偏置,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運行在放大區(qū)的 bjt大信號模型大信號模型的兩個重要的狀態(tài)是：1. b-e結正向偏置，0.7伏結壓降，電流流過，bjt導通2. b-e兩點反相偏置，沒有電流流過，bjt被關斷我們喜歡將三極管作為一個放大倍數(shù)為a的放大器，如圖3所示-# -# -# -# -圖3放大器符號，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系曲線） 起放大作用時，應該工作在放大區(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挑戰(zhàn)，那就是不能簡單地將信號電壓加在基極上，因為晶體管有可能脫線性工作區(qū)?？紤]放大器電路圖5。我們將定性分析電路在兩個不

3、同輸入信號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）中的輸入信號的波動導致晶體管運行在放大區(qū)以外。如圖所示在圖形中的信號 被部分截去。與圖 6（ b）的情況相比較。輸入信號被移到放大區(qū)中間并且得到輸入波形的 完整的放大信號。-4 -簡單的解決方法是去將輸入電壓調到線性區(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，接下來我們將研究實現(xiàn)這一功能的電路。-5 -q點在負載線上q點對應于一個具體的點。在工作點q,放大信號的幅值為 0。特征曲線如圖7所示。如圖8所示，q點也應在i c和v ce的特性曲線上。工作點

4、 q點實際上是負載線和晶體管特性 曲線的交點。-6 -i b2所輸入實際上q點可以是負載線與晶體管運行曲線的任意一個交點。我們在圖8中已經(jīng)選擇了對應的特性曲線與負載線的交點作為q點，因為這點處在負載線的中間位置。在實際應用中通常q點選在直流值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， 信號可以達到最大幅值，而且不會因為信號被削去而出現(xiàn)失真。（假設信號范圍比最大有效范圍?。?7 -# -圖9 q 點取在中間位置bjt偏置類型基極偏置考慮圖10所示電路 這個電路的直流工作點（q點）與輸入v無關。（我們用小寫v表示交流信號，以區(qū)別由 v 表示的靜態(tài)工作點） 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）是電路負載線公式，它和公式（1.3）決定了 q點。我們看到q點取決于晶體管的 b值。b值不是一個精確量，它的數(shù)值隨溫度的改變而改變。 因此，按照b值設計q點，達不到令人滿意的設計。不要用b值來設計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源vi中的直流量，

6、防止直流量進入放大電路即隔直作用。-10 -# -圖11分壓偏置電路現(xiàn)在我們考慮偏置問題（即產生理想的靜態(tài)工作點）。最常見偏置是假定輸入信號既可以是正向的又可以是反向的。因此，當vi=0時，設置輸出電壓 vo=vcc/2（中間）。bjt的有關等為了找到與此工作點對應的基極電壓我們需要關注電路中的電流?；貞浺幌?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=(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'農忑(1.10)當晶體管運行在放大區(qū)時發(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)我們的目標是確定一個穩(wěn)定的靜態(tài)工作點。而這個工作點的確定與丨無關。從公式(1.13)我們可以看到如果時,(1.14)fv= (i+m；對于3>>1有-# -(1.12)-# -(1.12)(1.15)-15 -(1.12)在實際中一

8、個普遍接受的設計規(guī)則是：-# -(1.12)-# -(1.12)(1.16)-# -這個靜態(tài)vce能利用c-e回路的負載線公式得到-16 -# -對3>>1變成(1.17)(1.18)-17 -q點被公式(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(不依賴b值)。-# -現(xiàn)在讓我們研究一下放大器的小信號增益。晶體管工作在放大區(qū)（線形區(qū)）的q點，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小信號vi，如圖13所示。ccuth0()vo圖13-# -# -對b-e回路列kvl有-# -# -對c-e回路有(1.21)(1.22)-19 -# -當ie,ib,vce為小信號參數(shù)且vbe=o，晶體管處于導通狀態(tài)，結電壓為常數(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)定的工作點應該有，當b值很大時增益變?yōu)?1.24)增益為負說明輸入輸出信號相位相反。kt觀察公式（1.24）有一個問題：如果 re變?yōu)榱?，會出現(xiàn)什么情況。在我們得