浅析晶体管偏置电路设计实现方案

双极结型晶体管（BJT）操作为在应用如放大器，振荡器等，或者在转换器的数字装置和开关电路或者模拟设备。晶体管的这种双重作用是通过晶体管偏置实现的。

施加到晶体管的两个PN结的偏置会影响多数载流子的运动，从而影响晶体管的性能。晶体管在放大器中工作的偏置与基于晶体管的转换器中的偏置完全不同。表1给出了有关当晶体管用作模拟和数字设备时发射极和集电极结处的工作范围和偏置条件的详细信息。

表1晶体管的工作区域和偏置条件

晶体管开关的偏置电路通常称为基极驱动电路。我们正在讨论晶体管放大器中的晶体管偏置。

通常，晶体管放大器在其输入和输出之间共享一个公共端子，表2给出了三种可能的配置。

表2.晶体管配置详细信息

图1基本CE放大器

让我们来了解一下一个CE硅NPN晶体管放大器（如图1所示）。可以从单个直流电压V cc提供E和C结，因为它满足了提供输入晶体管电流的主要目的。当交流信号V in与偏置电压V CC叠加时，它类似地随时间变化I B。遵守表2中针对CE放大器给出的关系，并且I c遵循I B的形状。晶体管数据手册中以表示的电流增益为I c -I B关系中的比例常数。电压降I C R L给出交流输出电压V out。

您认为没有直流偏置就可以放大吗？如果是这样，请从基准断开V cc并预测V out。我们知道，EB结仅在V in 》 0.7 V（EB电压降）的瞬时值保持FB ，否则保持RB。现在，将此概念与负半周期和V in 《0.7的瞬间相结合。考虑到所有因素，您应该处于无电压状态。

确定最佳偏置电压

在图1中，包括了耦合电容器C i和C c，以分别阻止输入和输出的直流分量。如果去除了C c，则输出电压V out会发生V cc电压的直流偏移。

现在，如果要设计一个放大器，使其输出交流电压峰值为10 V，那么您希望使用哪种偏置电压？您的答案等于10 V吗？哦，没问题，我们会逐步解决。

您知道C c之前和之后的电压。 分别是（10 V峰值交流电压+ V cc）和10 V峰值交流电压。如果要在C c之后寻找对称的10 V峰值交流输出电压，则V cc至少应为20 V，对吗？如果没有，会发生什么？输出电压Vout将不对称，峰值将无法满足要求。可以肯定地说，最佳V cc应该为2 *（所需V out的峰值幅度）。如果您可以在上述计算中加上晶体管的压降和源极电阻，则V cc将成为最佳选择。

Q点易受晶体管偏置电压的影响吗？

一旦连接了V cc，IB就开始在电路中循环（图1）。从图2中可以看出，对于每个IB，都有一组（V CE，I C）坐标。在零V in时从V cc提供的I B的（V CE，I C）称为直流工作点或静态点（Q点）。对于线性晶体管放大器，明智的做法是将Q点保持在有源区域的中间。

图2 Q点是CE晶体管的直流负载线和输出特性的交点

如何将Q点放置在活动区域的中间？这可以通过使用插入在V cc和晶体管基极之间的限制电阻R B来调节V cc提供的I B来实现。偏置电路的设计有两个注意事项：

即使引入由于V in引起的AC摆幅，I B仍应保持在有源区的中间。这保证了放大器的稳定和线性工作。

与这些I B摆幅相对应的（V CE，I C）应在晶体管数据手册中规定的（V CE，sat，I C，sat）范围内。

在选定的I B曲线中，有许多满足上述标准的（V CE，I C）组合。在选择的I B曲线中，将Q点精确固定在哪里？这可以通过画直流负载线来解决。连接放大电路中最大可能的I c和V CE的线称为直流负载线。

施加KVL在直流偏置条件下与放大器（图一）的输出侧（C ç内部电阻忽略不计），我们得到

V CE = V cc -I C R L （1）

最大可能的I C和V CE分别由公式（2）和（3）给出

V CE，max = V cc在I C = 0（2）

I C，最大 = V cc / R L，V CE = 0（3）

直流负载线与所选的I B曲线的交点是忠实运行放大器的理想Q点。

对于给定的放大器，Q点随着V cc的上升而向上移动，反之亦然。现在，您对V cc连续波动的晶体管放大器的Q点有何推断？对，就是这样！我们需要稳定的晶体管偏置以实现无失真放大。

偏置点分析

有时找到智能快捷方式是可以的。通过在电路仿真平台中运行偏置点分析，可以确定放大器不同组件中的Q点以及电压，电流和功率消耗。
编辑：hfy