晶体管中的直流偏置

简单来说,偏是可能被定义为一个过程,一个是激活或开启采用较小的直流级是在其基础/发射器终端,使其能够进行一个相对较大的大小在其集电极发射极直流终端。

双极晶体管或bjt的工作在直流水平是由几个因素，这包括一系列操作点设备的特性。

在本文的第4.2节中，我们将检查关于这个范围的详细信息操作点以下是放大器。一旦指定的直流电源被计算出来，一个电路设计可以被创建来确定所需的工作点。

本文研究了各种这样的配置。每一个单独的模型讨论还将确定方法的稳定性，即系统对给定参数的敏感程度。

虽然在本节中审查了众多网络，但由于以下重复使用关键的基本关系，它们之间存在众多网络之间的一个基本相似性：

在大多数情况下，基本电流IB恰好是需要建立的第一个数量。识别IB后，EQS的关系。（4.1）可以实施VIA（4.3）以获得所讨论的其他数量。

随着后续章节的深入，评估中的相似之处很快就会显现出来。

对于许多设计来说，IB的公式是非常相同的，一个公式可以通过简单地删除或插入一两个元素从另一个公式推导出来。

本章的主要目标是建立对BJT晶体管的理解程度，这将使您能够实现与具有BJT放大器作为元素的任何电路的DC分析。

4.2操作点

这个词偏见在本文标题中出现的是一个深入的术语，它表示直流电压的实现，并确定bjt中的固定水平的电流和电压。

对于BJT放大器，产生的直流电流和电压产生一个操作点建立对所应用信号进行所需放大的理想区域的特性。因为工作点恰好是特性上预定的点，它也可以称为静止点(缩写为q点)。

定义“静态”表示沉默，静止，久坐不动。图4.1演示了具有4的BJT的标准输出特性操作点．可以发展偏置电路，在有源区内的一个点或其他点上建立BJT。

在图4的特性上指出了最大额定值。4.1通过用于最高集电极电流ICMAX的水平线和最高集电极到发射极电压VCEMAX上的垂直线。

从同一图中的曲线PCMAX识别最大功率限制。在图的底端，我们可以看到由IB≤0μ的截止区域和由VCE≤Vcesat识别的饱和区域。

BJT装置可能会偏向超出这些指示的最大限度，但这种过程的后果将导致设备寿命的显著恶化或设备的完全故障。

限制指定活动区域之间的值，可以挑选出各种操作区域或操作点．所选Q点通常取决于电路的预期规格。

然而，我们肯定可以考虑到图4所示的点数之间的几个区别。4.1提供有关的一些基本建议操作点，因此，偏置电路。

如果没有施加偏置，设备首先会保持完全关闭，导致q点在a点——也就是说，通过设备的电流为零(通过设备的电流为0V)。因为有必要对BJT进行偏置以使其对给定输入信号的整个范围作出反应，所以点a可能看起来不合适。

对于点B，当一个信号连接到电路上时，设备将显示通过电流和电压的变化操作点，使设备能够响应输入信号的正和负应用（并且可能放大）。

当优化使用输入信号时，BJT的电压和电流可能会改变.....然而，可能不足以将设备激活到截止或饱和状态。

点C可能有助于输出信号的某些正和负偏差，但峰值到峰值幅度可能仅限于VCE = 0V / IC = 0 mA的接近度。

在Point C的情况下，由于IB曲线之间的差距在该特定区域可以快速改变，因此在C点C同样可能导致非线性担心。

一般来说，最好是在器件的增益相当一致(或线性)的情况下操作器件，以保证输入信号整体摆动的放大保持均匀。

如图4.1所示，点B是一个区域，显示出更高的线性间距，因此有更大的线性活动。

D点建立设备操作点接近最高电压和功率水平。因此，当不应该超过最大电压时，在正极限处的输出电压摆动受到限制。

POINT B，结果看起来完美操作点关于线性增益和最大可能的电压和电流变化。

我们将在理想的小信号放大器中描述(第8章)，然而，并不总是功率放大器，....我们以后再谈这个。

在这篇论述中，我将主要侧重于偏置晶体管的小信号放大功能。

还有另一个非常重要的偏见因素需要考虑。用理想来决定和偏向BJT操作点，还应评估温度的影响。

热范围将导致器件边界，如晶体管电流增益(ac)和晶体管泄漏电流(ICEO)偏离。升高的温度范围将导致BJT中更大的泄漏电流，从而改变偏置网络建立的操作规范。

这意味着网络模式还需要促进温度稳定水平，以确保温度变化的影响是最小的偏移操作点．这种工作点的维持可以用一个稳定系数S来规定，S表示温度变化引起的工作点偏差水平。

最佳稳定电路是可取的，几个基本偏置电路的稳定特性将在这里进行评估。对于BJT要在线性或有效操作区域内偏置，必须满足以下给定点:

1.基极-发射极结应该是正向偏置的(p区电压强正)，使正向偏置电压在0.6 - 0.7 V左右。

2.基极-集电极结必须是反向偏置的(n区强正)，反向偏置电压保持在BJT的最大极限内的某个值。

记住，对于正向偏压，p-n结的电压为P.-正的，而反向偏误则是反向的N.艾滋病患者。把注意力集中在第一个字母上，可以让你很容易地记住基本的电压极性。

BJT特性的截止、饱和和线性区域的操作通常如下所述:

1.线性区域操作：

基准 - 发射极结偏向

基 - 收集器结逆转偏置

2.截止区操作:

基准 - 发射器结逆转偏置

3.饱和区域操作:

基准 - 发射极结偏向

基极集电极结正向偏置

4.3固定偏压电路

图4.2的固定偏置电路是用一个相当简单和简单的晶体管直流偏置分析概述设计的。

虽然网络实现了一个NPN晶体管，但公式和计算可以同样有效地与PNP晶体管设置，只需重新配置电流路径和电压极性。

图4.2中的电流方向是真实的电流方向，电压通过通用双下标标注来识别。

对于直流电分析，设计可以从上述交流电平中分离出来，简单地用一个开路当量交换电容器。

此外，直流电源VCC可以被分成几个单独的电源(仅用于进行评估)，如图4.3所示，只允许将输入和输出电路分开。

这样做的目的是最小化两者与基电流IB之间的连接。分离毫无疑问是合理的，如图4.3所示，VCC直接连接到RB和RC，如图4.2所示。

基极-发射极正向偏置

让我们首先分析图4.4中所示的基极-发射极电路回路。如果我们对回路顺时针执行基尔霍夫电压方程，我们得到以下方程:

我们可以看到，通过RB的电压降的极性是通过电流IB的方向决定的。求解电流IB的方程可以得到以下结果:

方程(4.4)

方程(4.4)显然是一个很容易记住的方程，只要记住这里的基电流成为通过RB的电流，并应用欧姆定律，根据欧姆定律，电流等于通过RB的电压除以电阻RB。

通过RB的电压是一端施加的电压VCC减去通过基极-发射极结(VBE)的降。
而且，由于供应VCC和基极发射极电压VBE是固定量的事实，基座处的电阻器RB的选择建立了开关电平的基极电流量。

收集器 - 发射极环

图4.5显示集电极-发射极电路阶段，其中电流IC的方向和相应的极性横跨RC已被提出。
通过式可以看出集电极电流的值与IB直接相关:

等式（4.5）

你可能会发现有趣的是，由于基电流依赖于RB的量，IC通过常数β与IB相连，IC的大小与电阻RC无关。

只要保持BJT的活性区域，将RC调整到其他值不会对IB甚至IC水平产生任何影响。
也就是说，您会发现VCE的大小由RC水平确定，这可能是考虑的重要事项。

如果我们在图4.5所示的闭环上顺时针方向使用基尔霍夫电压定律，就会得到以下两个方程:

等式（4.6）

这表明，在固定偏置电路中，通过BJT集电极发射器的电压是等效于在RC上形成的降的电源电压
要快速浏览单一和双重下标符号，请召回：

Vce = vc - ve --------(4.7)

其中VCE表示从收集器流到发射器的电压，Vc和Ve分别是从收集器和发射器的电压分别朝向地面。但是，在这里，由于Ve = 0 V，我们有

Vce = vc --------(4.8)
也因为我们有，
Vbe = vb - ve --------(4.9)
因为VE = 0，我们最终得到:
Vbe = vb --------(4.10)

请记住以下几点:

在测量VCE等电压水平时，请确保将电压表的红色探针放在集电极引脚上，黑色探针放在发射极引脚上，如下图所示。

VC表示从收集器到地的电压，其测量过程也如下图所示。

在当前情况下，上述读数将是相似的，但对于不同的电路网络，它可以显示不同的结果。

这意味着，在诊断BJT网络可能出现的故障时，两种测量值之间的读数差异可能至关重要。

解决一个实际的BJT偏置实例

对图4.7的固定偏置结构进行下列评估。

考虑到:
（a）IBQ和ICQ。
(b) VCEQ。
（c）vb和vc。
(d) VBC。

在下一章中，我们将学习BJT饱和度。

参考

晶体管的偏置