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发表于 2019-5-17
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3.2 偏置的必要性和偏置电路
3.2.1 偏置的必要性
在前述放大电路中，只着眼了放大的情况，晶体三极管以直流成分为中心交流成分叠加其上进行工作，输出波形可与输入波形成比例地无失真地放大。这里，电极间的直流电压、直流电流通常称为偏置电压、偏置电流，也简称为偏置（参照图3.9）。
图3.6(a)是发射结没有加上偏置电压的情况。因为发射结正如已经学过的那样由pn结组成，所以只有在vi的正半周期中成为正偏，如图(b)②所示基极电流流通。因此，由于集电极电流ic仅在ib流通时流通，结果出现如图(b)③所示的输入波形的一半被放大的情况。
于是如图3.7(a)所示，若对B、E间施加直流电压VBE，即偏置电压VBE一旦加上，则偏置电流IB就流通，令IB≥ibm（基极电流交流成分的最大值），则集电极电流IC+ic如图(b)③所示，获得与输入波形成比例变化的波形。
还有，即使加上偏置电压VBE，但假如此时流通的偏置电流Ib＜ibm，则基极电流IB+ib变得如图3.8(a)所示，集电极电流IC+ic变得如同图(b)所示，波形产生了失真。因此，放大电路设计时必须设置适当量的偏置。
3.2.2 偏置电路
前节的放大电路中，没有在发射结之间专门使用称为VBE的电源，那么，偏置是如何产生的呢，让我们对下面的偏置电路进行分析。
固定偏置电路
若只考虑与直流有关的部分而重画前节放大电路的电路图，则变为图3.10。
这是最简单的偏置电路，偏置电流IB自电源VCC经过RB流通。即这一电路的偏置电流IB可用下式表示：
IB=（VCC-VBE）/RB
式中VBE的值对锗晶体三极管而言约为0.2V,对硅晶体三极管而言约为0.6～0.7V。
因此，由于一旦给定VCC的值，由该电路中的IB就基本决定，所以该电路称为固定偏置电路。它虽电路简单且功耗小，但由于对温度的稳定性能差，故用于像玩具那样的放大倍数不高、保真度要求低的场合。
电流反馈偏置电路
作为最通常被使用的偏置电路，有如图3.11所示的电流反馈偏置电路。与固定偏置电路的不同的是将RA和RE接入了偏置回路。这种情况下，由于RA和RB是对电源电压进行分压的元件，故称为分压电阻。另外，RE虽称为发射极电阻，但由于它具有使偏置稳定的作用，故又称为稳定电阻。
这个电路的工作原理如下（参照图形3.11、图3.12）：
①流过分压电阻ＲＡ的分压电流ＩＡ为基极电流ＩＢ的１０倍以上，令ＲＡ端电压ＶＢ即使当基极电流变化时也基本保持不变。因此，偏置电压ＶＢＥ为ＶＢ与ＶＥ的差，如下式所示：
ＶＢＥ＝ＶＢ－ＶＥ＝ＶＢ－ＩＥＲＥ（参照图书馆3.11）
②现在，一旦温度上升，ＩＣ增加，则因为发射极电流ＩＥ增大，ＩＥＲＥ也增大，所以ＶＢＥ减小。
③若ＶＢＥ减小，则由于ＩＢ减小，所以可抑制ＩＣ的增加。
因此，电路虽较复杂，但对于温度变化的稳定性好。
3如何确定偏置电路的电阻值
3.3.1集电极电流和负载电阻的确定方法
放大电路设计时的电源电压，考虑到放大电路的用途、晶体三极管及负载的种类等，采用从电池或稳压电源电路获取电压等，选择适合于相应状态的电压就可以。
其次，考虑如何确定集电极电流和负载电阻的值。下节将详细叙述，在图3.13的电路中，因为集电极－发射极间的电压ＶＣＥ取值为电源电压ＶＣＣ的１／２，所以可从负载电阻ＲＬ上获取最大的输出。因此，同图电路中负载电阻ＲＬ上的电压降变成电源电压剩下的一半，集电极电流ＩＣ表示为下式：
即选择集电极电流ＩＣ，以使ＶＣＥ成为１／２的ＶＣＣ即可。
如上所述，首先确定电源电压ＶＣＣ，然后若确定了ＩＣ，则ＲＬ确定。如果，根据负载的种类ＲＬ先确定下来的话，则ＩＣ在其后确定。通常，ＩＣ先被确定的时候居多，特别是对信号放大时的初级晶体三极管，由于输入电压很小，偏置电流尽可能取得小一些以防止杂音的产生，所以集电极电流取得小一些。
还有，人们一般认为若对图3.13中的负载电阻RL取较大值，则RL的输出电压将变大，但如图3.16所示，输出或产生失真，或输出电压降低。其原因是由偏置的不恰当引起失真和一旦IC降低到某种程度就会导致hFE降低，从而使输出电压降低。
3.3.2 偏置电路电阻值的确定方法
设计偏置电路时，如前面已学过的那样，对电源电压、集电极电流、负载电阻的值等有事先确定的必要。这些称为偏置电路的设计条件。
(a) 固定偏置电路的电阻值
试求图3.14中的偏置电阻RB。首先，作为设计条件选定如下的值：
电源电压VCC=9V
偏置电压VBE=0.67V
集电极电流IC=2.5mA
直流电流放大倍数hFE=140
对基极电流IB，根据hFE=IC/IB，有
另外，根据前节图3.10，RB满足下式：
因此，虽RB的标称值取为470K，但因为电阻器也存在误差，所以IC选用的值接近2.5mA。 |
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发表于 2019-5-17
