双极结晶体管电路的偏置

1、双极结晶体管电路的偏置bjt工作区：让我们从回顾bjt的工作区。 图1给出了工作区和相关参数。饱和区放大区击穿区-1 -# -截止区breakdownvce-# -# -图1 : bjt特征曲线f面总结每个区域的特征 1 .截止区b-e结反向偏置。没有电流流过 2.饱和区b-e结和c-b结均正向偏置ic达到最大值，但与i b和 阮关v ce < v be。，没有控制作用3.放大区c-b结反向偏置。vcc , i c =0b。可控制b-e结正向偏置,v be v v ce v4.击穿区i c和v ce超出范围使晶体管损坏-2 -我们将主要讨论晶体管在放大区的工作情况。bjt在这一区域的模型

2、如图 2所示-3 -# -lbei：图2运行在放大区的 bjt大信号模型大信号模型的两个重要的状态是：1. b-e结正向偏置，0.7伏结压降，电流流过，bjt导通2. b-e两点反相偏置，没有电流流过，bjt被关断我们喜欢将三极管作为一个放大倍数为a的放大器，如图3所示-# -# -# -# -图3放大器符号，三极管图4给出了 bjt电路电压传输特性曲线（输出电压与输入电压之间的关系曲线） 起放大作用时，应该工作在放大区或线性区。j图4 bjt 电路的电压传输特性我们遇到一个挑战，那就是不能简单地将信号电压加在基极上，因为晶体管有可能脱线性工作区。考虑放大器电路图5。我们将定性分析电路在两个不

3、同输入信号情况下的电压的传输特性。 图6 （a）和（b）具体给出了这两种情况.。图5放大电路在图6（a）中的输入信号的波动导致晶体管运行在放大区以外。如图所示在图形中的信号 被部分截去。与图 6（ b）的情况相比较。输入信号被移到放大区中间并且得到输入波形的 完整的放大信号。-4 -简单的解决方法是去将输入电压调到线性区的中间。这样系统才可能接受输入电压的波形并且仍然工作在放大区。这种偏移电压叫做偏置，接下来我们将研究实现这一功能的电路。-5 -q点在负载线上q点对应于一个具体的点。在工作点q,放大信号的幅值为 0。特征曲线如图7所示。如图8所示，q点也应在i c和v ce的特性曲线上。工作点

4、 q点实际上是负载线和晶体管特性 曲线的交点。-6 -i b2所输入实际上q点可以是负载线与晶体管运行曲线的任意一个交点。我们在图8中已经选择了对应的特性曲线与负载线的交点作为q点，因为这点处在负载线的中间位置。在实际应用中通常q点选在直流值lc和vce为最大值一半位置上， 如图9所示。通常被叫做中间偏置， 信号可以达到最大幅值，而且不会因为信号被削去而出现失真。（假设信号范围比最大有效范围小）-7 -# -图9 q 点取在中间位置bjt偏置类型基极偏置考虑图10所示电路 这个电路的直流工作点（q点）与输入v无关。（我们用小写v表示交流信号，以区别由 v 表示的静态工作点） 基极电流由基极和发

5、射极间的电压决定，有(1.1)cc 人他 + i be基极电流为-8 -# -(1.2)在放大区运行二必-# -(1.3)考虑集电极和发射极回路有:(1.4)集电极电流为:(1.5)公式（1.5）是电路负载线公式，它和公式（1.3）决定了 q点。我们看到q点取决于晶体管的 b值。b值不是一个精确量，它的数值随温度的改变而改变。 因此，按照b值设计q点，达不到令人满意的设计。不要用b值来设计分压偏置让我们分析以下图11的电路。这里在晶体管的基极上我们应用了分压电路，发射极加了电 阻re。电容c被称为耦合电容，在放大器和信号源vi之间提供直流隔离作用。因此耦合电容的作用是割除信号源vi中的直流量，

6、防止直流量进入放大电路即隔直作用。-10 -# -图11分压偏置电路现在我们考虑偏置问题（即产生理想的静态工作点）。最常见偏置是假定输入信号既可以是正向的又可以是反向的。因此，当vi=0时，设置输出电压 vo=vcc/2（中间）。bjt的有关等为了找到与此工作点对应的基极电压我们需要关注电路中的电流。回忆一下 式有:（厶=必）。如果'- 一,rc上的压降一定为vcc/2,，电流(1.6)-# -现在，已知集电极电流，且工作在线形区，则基极电流为:-11 -(1.7)在直流通路中，a左边电路的戴维宁等效电路如图12所示。/?阳=(1.8)(1.9)图12沿基极和发射极回路列kvl有：th

7、 ' uq埒h十"砒伽、十'农忑(1.10)当晶体管运行在放大区时发射极电流为= ( 1 + 0"理(1.11)由公式(1.10)基极电流变为-13 -(1.12)y -vj _ v th y heon)最后静态集电极电流变为-14 -(1.12)-# -(1.12)(1.13)-# -(1.12)-# -(1.12)我们的目标是确定一个稳定的静态工作点。而这个工作点的确定与丨无关。从公式(1.13)我们可以看到如果时,(1.14)fv= (i+m；对于3>>1有-# -(1.12)-# -(1.12)(1.15)-15 -(1.12)在实际中一

8、个普遍接受的设计规则是：-# -(1.12)-# -(1.12)(1.16)-# -这个静态vce能利用c-e回路的负载线公式得到-16 -# -对3>>1变成(1.17)(1.18)-17 -q点被公式(1.15)和(1.18)决定-# -# -采用分压偏置电路我们已经获得了稳定q点(不依赖b值)。-# -现在让我们研究一下放大器的小信号增益。晶体管工作在放大区（线形区）的q点，由b-e和c-e回路分别有。-18 -# -(1.19)(1.20)在图12如果在输入电路中叠加了一个小信号vi，如图13所示。ccuth0()vo图13-# -# -对b-e回路列kvl有-# -# -对c-e回路有(1.21)(1.22)-19 -# -当ie,ib,vce为小信号参数且vbe=o，晶体管处于导通状态，结电压为常数。电压增益器为:©二叽&和 0 + 1加理+订刑(1.23)(/? + 1 £ + rfh回想一下：为了获得稳定的工作点应该有，当b值很大时增益变为(1.24)增益为负说明输入输出信号相位相反。kt观察公式（1.24）有一个问题：如果 re变为零，会出现什么情况。在我们得