晶体管偏置

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偏置是提供直流电压的过程，有助于电路的正常工作。为了使发射极-基极结正向偏置，集电极-基极结反向偏置，从而使晶体管保持在放大区工作，晶体管需要进行偏置，以使其作为放大器工作。

在上一章中，我们解释了如果输入和输出部分都经过偏置，晶体管如何充当良好的放大器。

晶体管偏置

零信号集电极电流的适当流动以及在信号通过期间保持适当的集电极-发射极电压被称为晶体管偏置。提供晶体管偏置的电路称为偏置电路。

直流偏置的必要性

如果给BJT输入一个非常小的电压信号，它就无法被放大。因为，对于BJT来说，要放大信号，必须满足两个条件。

• 输入电压应超过晶体管导通电压才能导通。

• BJT应处于放大区才能作为放大器工作。

如果通过外部电源向BJT提供适当的直流电压和电流，以便BJT在放大区工作，并叠加待放大的交流信号，则可以避免此问题。给定的直流电压和电流的选择应使得晶体管在整个输入交流周期内保持在放大区。因此需要直流偏置。

下图显示了一个在输入和输出电路中都提供直流偏置的晶体管放大器。

为了使晶体管能够作为忠实的放大器工作，必须稳定工作点。让我们看看影响工作点稳定的因素。

影响工作点的因素

影响工作点的主要因素是温度。由于温度变化，工作点会发生偏移。

随着温度升高，I_CE、β、V_BE的值都会受到影响。

• I_CBO每升高10^o翻倍
• V_BE每升高1^o降低2.5mv

因此，影响工作点的主要问题是温度。因此，应使工作点与温度无关，以实现稳定性。为了实现这一点，引入了偏置电路。

稳定性

使工作点与温度变化或晶体管参数变化无关的过程称为稳定性。

一旦达到稳定性，I_C和V_CE的值就与温度变化或晶体管更换无关。良好的偏置电路有助于稳定工作点。

稳定性的必要性

由于以下原因，必须实现工作点的稳定性。

• I_C的温度依赖性
• 个体差异
• 热失控

让我们详细了解这些概念。

I_C的温度依赖性

由于集电极电流I_C的表达式为

$$I_C = \beta I_B + I_{CEO}$$

$$= \beta I_B + (\beta + 1) I_{CBO}$$

集电极漏电流I_CBO受温度变化的影响很大。为了解决这个问题，设置偏置条件使得零信号集电极电流I_C = 1 mA。因此，需要稳定工作点，即必须保持I_C恒定。

个体差异

由于每个晶体管的β值和V_BE值并不相同，因此每当更换晶体管时，工作点往往会发生变化。因此，有必要稳定工作点。

热失控

由于集电极电流I_C的表达式为

$$I_C = \beta I_B + I_{CEO}$$

$$= \beta I_B + (\beta + 1)I_{CBO}$$

集电极电流和集电极漏电流的流动都会引起热耗散。如果工作点不稳定，就会出现累积效应，从而增加这种热耗散。

这种不稳定晶体管的自毁称为热失控。

为了避免热失控和晶体管损坏，必须稳定工作点，即保持I_C恒定。

稳定性因子

可以理解的是，尽管I_CBO或I_CO发生变化，I_C也应保持恒定。偏置电路在维持这一点上的成功程度由稳定性因子来衡量。它用S表示。

根据定义，在恒定的β和I_B下，集电极电流I_C相对于集电极漏电流I_CO的变化率称为稳定性因子。

$S = \frac{d I_C}{d I_{CO}}$ 在恒定的I_B和β下

因此，我们可以理解，集电极漏电流的任何变化都会在很大程度上改变集电极电流。稳定性因子应尽可能低，以避免集电极电流受到影响。S=1是理想值。

CE组态的稳定性因子的通用表达式可以如下获得。

$$I_C = \beta I_B + (\beta + 1)I_{CO}$$

对上述表达式关于I_C进行微分，我们得到

$$1 = \beta \frac{d I_B}{d I_C} + (\beta + 1)\frac{d I_{CO}}{dI_C}$$

或者

$$1 = \beta \frac{d I_B}{d I_C} + \frac{(\beta + 1)}{S}$$

因为 $\frac{d I_{CO}}{d I_C} = \frac{1}{S}$

或者

$$S = \frac{\beta + 1}{1 - \beta \left (\frac{d I_B}{d I_C} \right )}$$

因此，稳定性因子S取决于β、I_B和I_C。