晶體管的Q點(diǎn)偏置如何設(shè)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(diǎn)。

建立正確的工作點(diǎn)需要正確選擇偏置電阻和負(fù)載電阻，以提供適當(dāng)?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(diǎn)通常位于兩個(gè)極端操作之間，相對(duì)于其沿著其負(fù)載線“完全接通”或“完全斷開”。該中心工作點(diǎn)稱為“靜態(tài)工作點(diǎn)”，或簡(jiǎn)稱 Q點(diǎn)。

當(dāng)雙極晶體管偏置時(shí)，Q點(diǎn)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(dāng)輸入信號(hào)擺動(dòng)整個(gè)周期時(shí)，這種操作模式允許輸出電流在放大器Q點(diǎn)附近增加和減少而沒(méi)有失真。換句話說(shuō)，輸出電流流過(guò)輸入周期的整個(gè)360 ^o 。

那么我們?nèi)绾卧O(shè)置晶體管的Q點(diǎn)偏置呢？
使用通常稱為 Base Bias 的過(guò)程實(shí)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(guān)的電壓和電流，如左圖所示。

“DC偏置電平”或“無(wú)輸入信號(hào)電平”是通過(guò)將其集電極電流（ I _C ）設(shè)置為常數(shù)和穩(wěn)定來(lái)正確設(shè)置晶體管Q點(diǎn)沒(méi)有輸入信號(hào)施加到晶體管Base的狀態(tài)值。

此穩(wěn)態(tài)或DC工作點(diǎn)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(dāng)使用耦合和旁路電容將有助于阻止一個(gè)晶體管級(jí)的偏置電流設(shè)置，從而影響下一個(gè)晶體管的偏置條件?；鶚O偏置網(wǎng)絡(luò)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(gè)簡(jiǎn)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(gè)或多個(gè)偏置電阻用于設(shè)置晶體管電流的初始DC值，（ I _B ），（ I _C ）和（ I _E ）。

這兩個(gè)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(gè)晶體管設(shè)置的偏置對(duì)于另一個(gè)晶體管可能不一定相同。晶體管偏置可以通過(guò)使用單個(gè)反饋電阻或使用簡(jiǎn)單的分壓器網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)，以提供所需的偏置電壓。

以下是來(lái)自單電源的晶體管基極偏置配置的五個(gè)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?yàn)閷?duì)于給定的 Vcc I _B 保持不變>，因此晶體管工作點(diǎn)也必須保持固定。該兩個(gè)電阻器偏置網(wǎng)絡(luò)用于使用固定電流偏置來(lái)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?yàn)榉€(wěn)態(tài)工作條件是晶體管ββ值的函數(shù)，因此偏置點(diǎn)將在很寬的范圍內(nèi)變化與晶體管特性相同類型的晶體管將不會(huì)完全相同。

晶體管的發(fā)射極二極管通過(guò)限流電阻施加所需的正基極偏壓而正向偏置。 [R <子>乙。假設(shè)標(biāo)準(zhǔn)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(huì)保持穩(wěn)定，并且可能有很大差異。此外，晶體管的溫度會(huì)對(duì)工作點(diǎn)產(chǎn)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(gè)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?yàn)镈C基極偏置電壓來(lái)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 。現(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(qū)動(dòng)，從而自動(dòng)降低集電極電流，從而保持晶體管Q點(diǎn)固定。然后這種集電極反饋偏置方法會(huì)產(chǎn)生負(fù)反饋，因?yàn)閺妮敵龅捷斎氲姆答佂ㄟ^(guò)電阻 R _B。

偏置電壓來(lái)自負(fù)載電阻兩端的電壓降， R _L 。因此，如果負(fù)載電流增加，則 R _L 的電壓降會(huì)更大，相應(yīng)的集電極電壓也會(huì)降低， V _C 會(huì)導(dǎo)致基極電流相應(yīng)下降， I _B 反過(guò)來(lái)會(huì)帶來(lái) I _C 恢復(fù)正常。

當(dāng)晶體管集電極電流變小時(shí)，也會(huì)發(fā)生相反的反應(yīng)。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(wǎng)絡(luò)對(duì)晶體管穩(wěn)定性通常適用于大多數(shù)放大器設(shè)計(jì)。

雙反饋晶體管偏置

在前一種配置的基礎(chǔ)偏置網(wǎng)絡(luò)中增加一個(gè)額外的電阻可以提高β的變化的穩(wěn)定性，（β）通過(guò)增加流過(guò)基極偏置電阻的電流。

流過(guò) R _B1 的電流通常設(shè)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(gè)優(yōu)點(diǎn)是電阻提供同時(shí)自動(dòng)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(lái)穩(wěn)定集電極電流，因?yàn)殡娮?span> R _B1 和 R _E 以及晶體管的基極 - 發(fā)射極結(jié)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(diǎn)是輸出由于基極電阻連接而降低了增益，因?yàn)榧姌O電壓決定了流經(jīng)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(dǎo)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(jié)。

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

通常設(shè)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(guò)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(duì)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(wǎng)絡(luò)對(duì)共發(fā)射極晶體管進(jìn)行偏置，以提高穩(wěn)定性。該偏置配置的名稱來(lái)自以下事實(shí)：兩個(gè)電阻 R _B1 和 R _B2 形成電壓或者電源上的分壓器網(wǎng)絡(luò)，它們的中心點(diǎn)連接點(diǎn)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?yàn)榫w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(wǎng)絡(luò)偏置使晶體管電路獨(dú)立于β的變化，因?yàn)榫w管基極，發(fā)射極和集電極的電壓取決于外部電路值。

計(jì)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(yuǎn)小于電阻 R _B1 。那么顯然晶體管基極電壓 V _B 相對(duì)于地，將等于 R _B2 兩端的電壓。

流經(jīng)電阻器 R _B2 的電流通常設(shè)置為所需基極電流 I _B的10倍。 因此它對(duì)分壓器電流或Beta的變化沒(méi)有影響。

晶體管偏置的目標(biāo)是建立一個(gè)已知的Q-為了使晶體管有效工作并產(chǎn)生無(wú)失真的輸出信號(hào)。晶體管的正確偏置還可以通過(guò)使用兩個(gè)或四個(gè)電阻偏置網(wǎng)絡(luò)的實(shí)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(diǎn)由（表示）對(duì)于NPN晶體管，V _CE ， I _C ）或（ V _EC ， I _C ）用于PNP晶體管。通常通過(guò)將集電極電流視為β（β）和溫度的函數(shù)來(lái)評(píng)估基極偏置網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，從而評(píng)估Q點(diǎn)。

這里我們有簡(jiǎn)要介紹了使用電阻網(wǎng)絡(luò)“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(wǎng)絡(luò)對(duì)晶體管進(jìn)行偏置，所有這些都連接到晶體管的基極端，或者通過(guò)從雙電源偏置晶體管。