几种偏置电路在三极管放大电路中的作用

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在三极管放大电路中，为了使三极管在正常工作时对输入信号举行不失真的放大后在输出端有一致的信号的波形，就要使三极管始终工作在放大区而不进入饱和区和截止区，这就要给三极管加上一个稳定的静态工作点电流。而这个电流就由三极管的偏置电阻来供给，这些偏置电阻就构成了偏置电路，偏置电路向放大器的三极管供给的电流就称为偏置电流。由于要使晶体管处于放大状态，其基极—射极之间的PN结理应正偏，集电极—基极之间的PN结理应反偏。因此，设置晶体管放射结正偏、集电结反偏，使晶体管工作在放大状态的电路，就简称为偏置电路（可以理解为设置正反偏的电路）。而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在其没有输入信号时由直流电源供给的。因此，晶体管的直流偏置电压可以这么定义：晶体管未加信号时，其基极与放射极之间所加的直流电压称为晶体管的直流偏置电压。

三极管构成的放大器要做到不失真地将信号电压放大，就务必保证三极管的放射结正偏、集电结反偏，以常用的NPN型共射放大电路为例，主流是从集电极到放射极的电流I，偏流就是从基极到放射极的电流I。相对于主电路而言，为基极供给电流的电路就是所谓的偏置电路。偏置电路往往有若干元件，其中有一个重要电阻，往往要调整这个电阻的阻值，以使集电极电流的大小在设计的模范之内。这个要调整的电阻就是偏置电阻。简而言之，偏置电阻就是用来调理基极偏置电流，使三极管有一个适合的静态工作点。也就是说让放大器有一个正常的工作电压，这就与动物一样，要动物想活，你务必要给它食物，让它有活动的才能。给三极管一个偏值电压就是这个目的，让三极管无论何时都能处于放大状态。假设没有偏值电压三极管将在信号的正半周处于放大工作状态（但此时信号电压将要大于二极管的开启电压否那么没放大的才能），当信号处于负半周时由于参与的是负电压所以三极管没放大的才能，为了让三极管有放大的才能就要从电源那接一个偏置电路为它供给偏置电压，但是接一个偏置电阻会存在好多缺点和缺乏，所以往往要接两个甚至两个以上的电阻来供给适合的偏置电压，让偏置电压处于放大状态的中间位置。这个点就是三极管中重要的静态工作Q点。让动态的信号在Q点上下移动，并且不会进入饱和区和截止区。这就是加偏置电阻的目的。

对于静态工作点，不仅关系到放大电路对输入信号能否不失真地放大，而且对放大电路的性能指标有重大影响。因此，理应选择适合的、稳定的静态工作点。这可以通过稳定偏置电路或电流源电路来实现。

下面集中介绍几种偏置电路。

第一种是固定偏置放大电路。

如下图的电路是最根本的固定偏置电路。

固定偏置电阻的值可以使这个三极管的偏置电流固定在一个范围内，而往往为了精确调整这个三极管的静态工作点，还要加上一个可变微调电阻来调整。我们仅以NPN的共放射极放大电路为例来说明一下放大电路的根本原理。下面的分析仅以NPN型硅为例。三极管的放大作用就是：集电极电流受基极电流的操纵（假设电源能够供给给集电极足够大的电流），并且基极电流有很小的变化，会引起集电极电流很大的变化，且变化得志确定的比例关系：集电极电流的变化量是基极电流变化量的β倍，即电流变化被放大了β倍，所以我们把β叫做电流的放大倍数（β一般远大于1，例如几十，几百）。假设我们将一个变化的小信号加到基极跟放射极之间，这就会引起基极电流I的变化，I的变化被放大后，导致了I很大的变化。假设集电极电流I是流过一个电阻R的，那么根据电压计算公式U=R*I可以算得，这电阻上电压就会发生很大的变化。我们将这个电阻上的电压取出来，就得到了放大后的电压信号。把共放射极放大器集电极静态电压设计为电源电压的一半，可以获得最大输出电压动态范围。这也是设计共放射极放大器的根本原那么。

当环境温度升高时，虽然I为常数，但β和I的增大会导致I的上升。可见，电路的温度稳定性较差。只能用在环境温度变化不大，要求不高的场合。

其次种是分压式射极偏置电路。

如下图的电路是广泛采用的一种电流负反应分压式偏置电路。下面来分析一下该电路。

这种电路组中的R、R和R是组成放大电路的偏置电路，其中R为上偏置电阻，供给基极偏流I，R为下偏置电阻，对流经R的电流起分流作用，R为放射极电阻，起电流负反应作用，C为放射极交流旁路电容。

分压式射极偏置电路稳定静态工作点原理是：当温度上升时，由于三极管参数（I、β）的影响，使I增大，放射极电位V=IRe亦随之增大。又由于极基电位V为固定值，必然导致加到放射结的正偏电压V减小，I随之减小，促使I减小。这样就牵制了I的增大，从而使I根本不随温度变化，稳定了静态工作点。这种自动调理过程为直流电流负反应。R越大，直流负反应的作用就越强，I温度稳定性也就越好。

第三种是集电极—基极偏置电路。

下图为集电极—基极偏置电路，它是利用电压负反应作用来稳定静态工作点的，称为电压负反应偏置电路。

集电极—基极偏置电路稳定静态工作点原理是：当温度上升时，由于三极管参数的影响，使I增大，集电极负载电阻R上的电压降随之增大，导致V减小，I减小，促使I减小。这样就牵制了I的增大，从而使I根本不随温度变化，稳定了静态工作点。这种调理过程称为直流电压负反应。集电极—基极偏置电路不适合R值很小的放大电路。

第四种是温度补偿偏置电路。

下图是温度补偿偏置电路，这种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，达成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。这里就简朴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R举行温度补偿。R具有负温度系数，其阻值随着温度的升高而减小。

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—基极偏置电路能够抑制三极管的I和V的温度特性对I的影响，但不利于抑制β变化对I的影响；采用热敏电阻补偿，需通过测验来选合作适的R值及特性，也可使静态工作点稳定；二极管补偿，可在确定程度上进一步提高静态工作点的稳定性。

在实际的放大电路中，加适合的偏置电路是保证放大器正常工作的重要条件。这里有两个理由。首先是由于BE结的非线性（相当于一个二极管），基极电流务必在输入电压大到确定程度后才能产生（对于硅管，常取0.7V）。当基极与放射极之间的电压小于0.7V时，基极电流就可以认为是0。但实际中要放大的信号往往远比0.7V要小。假设不加偏置的话，这么小的信号就缺乏以引起基极电流的变更（由于小于0.7V时，基极电流都是0A）。假设我们事先在基极上加上一个适合的电流，那么当一个小信号跟这个偏置电流叠加在一起时，小信号就会导致基极电流的变化，而基极电流的变化，就会被放大并在集电极上输出。另一个理由就是输出信号范围的要求，假设没有加偏置，那么只有对那些增加的信号放大，而对减小的信号