晶體管的Q點偏置如何設置

晶體管穩(wěn)態(tài)操作在很大程度上取決于其基極電流，集電極電壓和集電極電流，因此，如果晶體管要作為線性放大器工作，則必須正確偏置以具有合適的工作點。

建立正確的工作點需要正確選擇偏置電阻和負載電阻，以提供適當?shù)妮斎腚娏骱图姌O電壓條件。雙極晶體管（NPN或PNP）的正確偏置點通常位于兩個極端操作之間，相對于其沿著其負載線“完全接通”或“完全斷開”。該中心工作點稱為“靜態(tài)工作點”，或簡稱 Q點。

當雙極晶體管偏置時，Q點接近中間它的工作范圍大約是截止和飽和之間的一半，據(jù)稱它是作為A類放大器工作的。當輸入信號擺動整個周期時，這種操作模式允許輸出電流在放大器Q點附近增加和減少而沒有失真。換句話說，輸出電流流過輸入周期的整個360 ^o 。

那么我們如何設置晶體管的Q點偏置呢？
使用通常稱為 Base Bias 的過程實現(xiàn)晶體管的正確偏置。

但在我們開始研究可能的不同晶體管偏置布置之前，讓我們首先提醒自己基本的晶體管電路以及相關的電壓和電流，如左圖所示。

“DC偏置電平”或“無輸入信號電平”是通過將其集電極電流（ I _C ）設置為常數(shù)和穩(wěn)定來正確設置晶體管Q點沒有輸入信號施加到晶體管Base的狀態(tài)值。

此穩(wěn)態(tài)或DC工作點由電路的直流電源電壓（ Vcc ）和偏置電阻的值連接到晶體管Base端子。

自從晶體管基極偏置電流是穩(wěn)態(tài)直流電流，適當使用耦合和旁路電容將有助于阻止一個晶體管級的偏置電流設置，從而影響下一個晶體管的偏置條件?；鶚O偏置網絡可用于共基極（CB），共集電極（CC）或共射極（CE）晶體管配置。在這個簡單的晶體管偏置教程中，我們將研究可用于公共發(fā)射極放大器的不同偏置布置。

基極偏置共用發(fā)射極放大器

最常用的偏置電路之一晶體管電路具有發(fā)射極 - 偏置電路的自偏壓，其中一個或多個偏置電阻用于設置晶體管電流的初始DC值，（ I _B ），（ I _C ）和（ I _E ）。

這兩個最常見的晶體管偏置形式是： Beta Dependent 和 Beta Independent 。晶體管偏置電壓很大程度上取決于晶體管β（β），因此為一個晶體管設置的偏置對于另一個晶體管可能不一定相同。晶體管偏置可以通過使用單個反饋電阻或使用簡單的分壓器網絡來實現(xiàn)，以提供所需的偏置電壓。

以下是來自單電源的晶體管基極偏置配置的五個示例（ Vcc ）。

固定基極偏置晶體管

所示電路稱為“固定基極偏置電路”，因為對于給定的 Vcc I _B 保持不變>，因此晶體管工作點也必須保持固定。該兩個電阻器偏置網絡用于使用固定電流偏置來建立晶體管的初始操作區(qū)域。

這種類型的晶體管偏置布置也是β依賴偏置，因為穩(wěn)態(tài)工作條件是晶體管ββ值的函數(shù)，因此偏置點將在很寬的范圍內變化與晶體管特性相同類型的晶體管將不會完全相同。

晶體管的發(fā)射極二極管通過限流電阻施加所需的正基極偏壓而正向偏置。 [R <子>乙。假設標準雙極晶體管，正向基極 - 發(fā)射極電壓降為0.7V。那么 R _B 的值就是：（V _CC - V _BE ）/ I _B 其中 I _B 定義為 I _C /β。

采用這種單電阻器類型的偏置方法，偏置電壓和電流在晶體管工作期間不會保持穩(wěn)定，并且可能有很大差異。此外，晶體管的溫度會對工作點產生不利影響。

集電極反饋偏置晶體管

這種自偏置集電極反饋配置是另一種β依賴偏置方法，只需要兩個電阻即可為晶體管提供必要的直流偏置。集電極到基極反饋配置確保晶體管始終偏置在有源區(qū)域，而不管Beta的值（β），因為DC基極偏置電壓來自集電極電壓， V _C 提供良好的穩(wěn)定性。

在此電路中，基極偏置電阻 R _B 連接晶體管集電極 C ，而不是電源電壓軌， Vcc ?，F(xiàn)在，如果集電極電流增加，則集電極電壓下降，從而減小基極驅動，從而自動降低集電極電流，從而保持晶體管Q點固定。然后這種集電極反饋偏置方法會產生負反饋，因為從輸出到輸入的反饋通過電阻 R _B。

偏置電壓來自負載電阻兩端的電壓降， R _L 。因此，如果負載電流增加，則 R _L 的電壓降會更大，相應的集電極電壓也會降低， V _C 會導致基極電流相應下降， I _B 反過來會帶來 I _C 恢復正常。

當晶體管集電極電流變小時，也會發(fā)生相反的反應。然后這種偏置方法被稱為自偏置，使用這種類型的反饋偏置網絡對晶體管穩(wěn)定性通常適用于大多數(shù)放大器設計。

雙反饋晶體管偏置

在前一種配置的基礎偏置網絡中增加一個額外的電阻可以提高β的變化的穩(wěn)定性，（β）通過增加流過基極偏置電阻的電流。

流過 R _B1 的電流通常設置為等于約的值集電極電流的10％， I _C 。顯然它也必須大于β的最小值β所需的基極電流。

這種自偏置配置的一個優(yōu)點是電阻提供同時自動偏置和R?反饋。

具有發(fā)射極反饋的晶體管偏置

這種類型的晶體管偏置配置，通常稱為自發(fā)射極偏置，使用發(fā)射極和基極 - 集電極反饋來穩(wěn)定集電極電流，因為電阻 R _B1 和 R _E 以及晶體管的基極 - 發(fā)射極結都與電源電壓有效連接， V <子> CC 。

這種發(fā)射極反饋配置的缺點是輸出由于基極電阻連接而降低了增益，因為集電極電壓決定了流經反饋電阻的電流， R _B1

從發(fā)射器流出的電流 I _E （這是的組合I _C + I _B ）導致電壓降出現(xiàn)在 R _E 中方向，它反向偏置基極 - 發(fā)射極結。

因此，如果發(fā)射極電流增加，電壓降 I * R _E 也會增加。由于該電壓的極性反向偏置基極 - 發(fā)射極結， I _B 會自動降低。因此，如果沒有自偏置電阻，發(fā)射極電流增加的幅度會小于它本來的情況。

通常設置電阻值，使發(fā)射極電阻上的壓降 R _E 約為 V _CC 的10％，流過電阻 R _B1 的電流為10集電極電流的百分比 I _C 。

這種類型的晶體管偏置配置在相對較低的電源電壓下工作效果最佳。

分壓器晶體管偏置

使用分壓器網絡對共發(fā)射極晶體管進行偏置，以提高穩(wěn)定性。該偏置配置的名稱來自以下事實：兩個電阻 R _B1 和 R _B2 形成電壓或者電源上的分壓器網絡，它們的中心點連接點連接晶體管基極端子，如圖所示。

這種分壓器偏置配置是最廣泛使用的晶體管偏置方法，因為晶體管的發(fā)射極二極管是正向的由電阻 R _B2 上的電壓降低。此外，分壓器網絡偏置使晶體管電路獨立于β的變化，因為晶體管基極，發(fā)射極和集電極的電壓取決于外部電路值。

計算電阻器 R _B2 因此施加到基極端子的電壓我們只是使用串聯(lián)電阻的分壓器公式。

通常電阻器電壓降 R _B2 遠小于電阻 R _B1 。那么顯然晶體管基極電壓 V _B 相對于地，將等于 R _B2 兩端的電壓。

流經電阻器 R _B2 的電流通常設置為所需基極電流 I _{B的10倍。} 因此它對分壓器電流或Beta的變化沒有影響。

晶體管偏置的目標是建立一個已知的Q-為了使晶體管有效工作并產生無失真的輸出信號。晶體管的正確偏置還可以通過使用兩個或四個電阻偏置網絡的實際偏置電路建立其初始AC工作區(qū)。

在雙極晶體管電路中，Q點由（表示）對于NPN晶體管，V _CE ， I _C ）或（ V _EC ， I _C ）用于PNP晶體管。通常通過將集電極電流視為β（β）和溫度的函數(shù)來評估基極偏置網絡的穩(wěn)定性，從而評估Q點。

這里我們有簡要介紹了使用電阻網絡“偏置晶體管”的五種不同配置。但我們也可以使用硅二極管，齊納二極管或有源網絡對晶體管進行偏置，所有這些都連接到晶體管的基極端，或者通過從雙電源偏置晶體管。