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偏置详解_百度文库

归档日期:07-25       文本归类:单管      文章编辑:爱尚语录

  偏置详解_电子/电路_工程科技_专业资料。晶体三极管常用的共射放大电路。 三极管中,饱和状态:集电结和发射结都是正偏 截止状态:集电极和发射极都是反偏 放大状态:发射结正偏,集电结反偏 以常用的共射放大电路为例,当是 PNP 型晶体三极管时,

  晶体三极管常用的共射放大电路。 三极管中,饱和状态:集电结和发射结都是正偏 截止状态:集电极和发射极都是反偏 放大状态:发射结正偏,集电结反偏 以常用的共射放大电路为例,当是 PNP 型晶体三极管时,主电流是 Ic,偏置电流就是 Ib。 相对与主电路而言, 为基极提供电流的电路就是所谓的偏置电路。 偏置电路为发射极 (e 极)与基极(b 极)之间(即发射结)提供正向偏置电压;为基极(b 极)与集电极(c 极) 之间(即集电结)提供反向偏置电压,偏置电路为晶体管基极(b 极)提供的电流 Ib 称为 偏置电流。 偏置电路往往有若干元件,其中有一重要电阻,往往要调整阻值,以便集电极电流 Ic 在设计规范内,保证晶体管正常工作,这要调整的电阻就是偏置电阻 Re 阻值大小。 偏置电压是指晶体管放大电路中使晶体管处于放大状态时,基极 - 射极之间,集 电极 - 基极之间应该设置的电压。 因此,设置晶体管基射结正偏,集基结反偏,使晶体管工作在放大状态的电路, 简称为偏置电路。 使晶体管工作在放大状态的关键是其基极电压, 因此, 基极电压又称为偏置电压。 又由于使晶体管工作在放大状态的电压设置是由其没有信号 ( 指交流 ) 时直流电源提供 的。 因此,晶体管的直流偏置电压可以这么定义:晶体管未加信号 ( 指交流 ) 时,其基 极与发射极之间所加的直流电压称为晶体管的直流偏置电压。 ( 差分 ) 运放的偏置电压,偏置电流 运放是集成在一个芯片上的晶体管放大器 , 偏 置电流 bias current 就 是第一级放 大器输 入晶 体管的基极 直流电 流 . 这个电流保 证 放大器工作在线性范围 , 为放大器提供直流工作点 . 因为运算放大器要求尽可能宽的 共模输入电压范围 , 而且都是直接耦合的 , 不可能在芯片上集成提供偏置电流的电流 源 . 所以都设计成基极开路的 , 由外电路提供电流 . 因为第一级偏置电流的数值都很 小 , uA 到 nA 数量级 , 所以一般运算电路的输入电阻和反馈电阻就可以提供这个电 流了 . 而运放的偏置电流值也限制了输入电阻和反馈电阻数值不可以过大 , 使其在电 阻上的压降与运算电压可比而影响了运算精度 . 或者不能提供足够的偏置电流 , 使放 大 器 不 能 稳定 的 工作 在线 性 范 围 . 如 果设 计 要求 一 定 要 用大 数 值的 反馈 电 阻 和 输 入 电阻 , 可以考虑用 J-FET 输入的运放 . 因为 J-FET 是电压控制器件 , 其输入偏置电流 参数是指输入 PN 结的 反向漏电流 , 数值应在 pA 数量级 . 同 样是电压 控制的还有 MOSFET 器件 , 可以提供更小的输入漏电流 . 另外一个有关的运放参数是输入失调电流 offset current, 是指两个差分输入端 偏置电流的误差 , 在设计电路中也应考虑 . 2偏置电路的工作原理 偏置电路原理图 稳定静态工作点原理: 由于流过发射极偏置电阻(Re)的电流 IR 远大于基极的电流 Ib(IeIb) ,因此,可 以认为基极电位 Vb 只取决于分压电阻 Re(RC 和 RE 串联分压)的阻值大小,即忽略 Ib 对电 Vb 的影响,与三极管参数无关,不受温度影响。 静态工作点的稳定是由 Vb 和 Re 共同作用实现,稳定过程如下: 设温度升高→Ic↑→Ie↑→VRe↑→Vbe↓→Ib↓→Ic↓ 其中:Ic↑→Ie↑是由并联电路电流方程 Ie = Ib+Ic 得出,Ie↑→Vbe↓是由串联电路 电压方程 Vbe= Vb-Ie×Re 得出, (极基电位 Vb 为固定值) ,Ib↓→Ic↓是由晶体三极管电 流放大原理 Ic =β ×Ib (β 表示三极管的放大倍数) 得出。 由上述分析不难得出,Re 越大稳定性越好。但事物总是具有两面性,Re 太大其功率 损耗也大,同时 Ve 也会增加很多,使 Vce 减小导致三极管工作范围变窄,降低交流放大倍 数。因此 Re 不宜取得太大。在小电流工作状态下,Re 值为几百欧到几千欧;大电流工作 时,Re 为几欧到几十欧。 三极管放大电路中,不加偏置电路的话,信号只有一个半周在基极中产生电流,而且这个半 周的一部分会小于三极管的阀值电压, 因此三极管只能放大这个信号的不足一个半周。 要想 放大整个信号周期,需要增加偏置电路。 基本的偏置电路由上偏置电阻和下偏置电阻组成。 在共发射极电路中, 上偏置电路接在三极 管基极与直流电源之间, 下偏置电阻接在基极与地之间, 上偏置电阻的作用是提高三极管的 工作点, 下偏置电阻的作用是使三极管的工作点更加稳定。 下偏置电阻两端有并联小电容的 情况,但这个电容与偏置无关,起滤除杂波的作用,是旁路电容。 三极管的偏置有三种形式,加有上偏置电阻的叫正偏,不加偏置电路的称为零偏,不加偏置 电路并且加上发射极电阻的,称为反偏。音频信号放大需要正偏以降低失真度,高频信号放 大常采用零偏或反偏以提高工作效率。 射极偏置电路 下面介绍集中常用的偏置电路。 如图所示的电路是广泛采用的一种电流负反馈式偏置电路。下面来分析一下该电路。 (1)电路组成 Rb1、Rb2和 Re 组成放大电路的偏置电路,其中 Rb1为上偏置电阻,提供基极偏流 IBQ,Rb2为下偏置 电阻,对流经 Rb1的电流起分流作用,Re 为发射极电阻,起电流负反馈作用,Ce 为发射极交流旁路 电容。 2)稳定静态工作点原理 当温度上升时, 由于三极管参数(ICBO、 β )的影响, 使 ICQ 增大, 发射极电位 VEQ=IEQRe 亦随之增大, 又因为极基电位 VBQ 为固定值,必然导致加到发射结的正偏电压 VBEQ 减小,IBQ 随之减小,促使 ICQ 减小。这样就牵制了 ICQ 的增大,从而使 ICQ 基本不随温度变化,稳定了静态工作点。这种自动调节 过程为直流电流负反馈。Re 越大,直流负反馈的作用就越强,ICQ 温度稳定性也就越好。 集电极-基极偏置电路 下图为集电极-基极偏置电路,它是利用电压负反馈作用来稳定静态工作点的,称为电压负反馈偏置 电路。 稳定静态工作点原理 当温度上升时,由于三极管参数的影响,使 ICQ 增大,集电极负载电阻 Rc 上的电压降随之增大,导 致 VCEQ 减小,IBQ 减小,促使 ICQ 减小,这样就牵制了 ICQ 的增大,从而使 ICQ 基本不随温度变化, 稳定了静态工作点。这种调节过程称为直流电压负反馈。集电极-基极偏置电路不适合 Rc 值很小的放 大电路。 温度补偿偏置电路 温度补偿偏置电路是利用热敏元件(如热敏电阻、 半导体二极管等)的温度特性来补偿放大器件的温度 特性,以减小放大电路静态工作点的温度漂移,达到稳定静态工作点的目的。包括热敏电阻补偿电路 和 二极管补偿电路等。这里就简单介绍一下热敏电阻补偿电路。 上面两个电路均利用热敏电阻 RT 进行温度补偿。 RT 具有负温度系数, 其阻值随着温度的升高而减小。 总结: 射极偏置电路在较宽的温度变化范围内都能稳定静态工作点,而且更换 β 值不同的三极管也 具有稳定静态工作点的效果;集电极-基极偏置电路能够克服三极管的 ICBO 和 VBE 的温度特性对 ICQ 的影响,但不利于克服 β 变化对 ICQ 的影响;采用热敏电阻补偿,需通过实验来选配合适的 RT 值及 特性,也可使静态工作点稳定;二极管补偿,可在一定程度上进一步提高静态工作点的稳定性。 三极管四种固定式偏置电路分析 2012-7-13 14:42:37 作者: 我要评论(0) 8.4.1 三极管四种固定式偏置电路分析 固定式偏置电路是三极管偏置电路中最简单的一种电路。 固定式偏置电阻的一根引脚必须与三极管基极直接相连,另一根引脚与 正电源端或地线 所示是典型固定式偏置电路。电路中的 VT1 NPN 型三极管, 采用正极性电源+V 供电。如表 8-15 所示是典型固定式偏置电路工作原理解说。 2.负极性电源供电的 NPN 型三极管固定式偏置电路分析 如图 8-27 所示是负极性电源供电的 NPN 型三极管固定式偏置电路。电 路中的 VT1 处 NPN 型三极管,-V 是负极性直流电源,R1 是基极偏置电阻,R1 构成 VT1 的固定式基极偏置电路,R1 可以为 VT1 提供基极电流。基极电流从地线(也 就是电源的正极端)经 R1 流入三般管 VT1 的基极。 对于采用负极性电源供电的 NPN 型三极管固定式偏置电路而言,偏置电 阻 R1 的电路特征是:它的一端与三极管基极相连,另一端与地线相连。根据偏置 电阻 R1 的这一电路特征,可以方便地在电路中确定哪个电阻是固定式偏置电阻。 在负极性电源供电电路中,电路地线的直流电压最高,而 VT1 发射极接电 源-V 端这样 VT1 基极电压高于发射极电压,给 VT1 发射结提供正向偏置电压。 3.正极性电源供电的 PNP 型三极管固定式偏置电路分析 如图 8-28 所示是正极性电源供电的 PNP 型三极管固定式偏置电路。电 路中的 VT1 是 PNP 型三极管,+V 是正极性直流电源,R1 是基极偏置电阻,R1 构成 VT1 的固定式基极偏置电路,R1 可以为 VT1 提供基极电流。基极电流是从正电源 +V 端流入发射极,从基极流出再经 R1 到达地线。 对于采用正极性电源供电的 PNP 型三极管固定式偏置电路而言,偏置电 阻 R1 的电路特征是:它的一端与三极管基极相连,另一端与地线相连。根据偏电 阻 R1 的这一电路特征,可以方便地在电路中确定哪个电阻是固定式偏置电阻。 地线在这一电路中的直流电压最低,而 VT1 发射极接正电源+V 端,这样 VT1 发射极电压高于基极电压,给 VT1 发射结提供正向偏置电压。 4.负极性电源供电的 PNP 型三极管固定式偏正电路分析 如图 8-29 所示是负极性电源供电的 PNP 型三极管固定式偏置电路.电路中 的 VT1 是 PNP 型三极管,-V 是负极性直流电源,Rl 是基极偏置电阻,R1 构成 VT1 的固定式基极偏置电路,R1 可以为 VT1 提供基极电流。基极电流是从地线流入发 射极,从基极流出再经 R1 到达负电源-V 端。 对于采用负极性电源供电的 PNP 型三极竹固定式偏置电路而言,偏置电阻 R1 的电路特征是:它的一端与三极管基极相连,另一端与负电源-V 相连。根据偏 置电阻 R1 的这一电路特征,可以方便地在电路中确定哪个电阻是固定式偏置电 阻。 地线在这一电路中的直流电压最高,而 VT1 发射极是接地线 发 射极电压高于基极电压,给 VT1 发射结提供正向偏置电压。 5.固定式偏电路分析细节和容易出错电路解说 分析固定式偏置电路时,判断三极管基极上的电阻是否是偏置电阻,主 要是看这一电阻能否给三极管提供基极电流,这就要特别注意两点: (1)固定式偏置电阻应该在基极电流回路中: (2)这一回路中要有电源,这一点最容易搞错。 实际电路分析中,固定式偏置电路的分析比较容易出错,如表 8-16 所示 是五种电路中的电阻 R1 解说。 电阻 R1 均不能给 VT1 提供基极电流,所以 R1 不是 VT1 管的基极偏置电阻,虽然 R1 都在 VT1 的基极回路中,但该回路中部没有直流 电源。 从上述五种情况可知,固定式偏置电路中虽然只有一只偏置电阻,但是 识图时如果不注意就会出错,误将与三极管基极相连的电阻当成固定偏置电阻。

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