晶体管偏置方法
晶体管电路中的偏置是通过使用两个直流电源 VBB 和 VCC 来实现的。将直流电源最小化为一个电源而不是两个电源是经济的，这也使电路变得简单。
晶体管偏置的常用方法是
- 基极电阻法
- 集电极到基极偏置
- 使用集电极反馈电阻偏置
- 分压器偏置
所有这些方法都具有相同的基本原理，即在零信号条件下从 VCC 获取所需的 IB 和 IC 值。
基极电阻法
在这种方法中，顾名思义，在基极连接一个高阻电阻器 RB。所需的零信号基极电流由流过 RB 的 VCC 提供。基极发射极结是正向偏置的，因为基极相对于发射极为正。
通过选择适当的基极电阻 RB 值，可以流过所需的零信号基极电流值，从而流过集电极电流（因为 IC = βIB）。因此，RB 的值是已知的。下图显示了基极电阻法偏置电路的样子。
让 IC 成为所需的零信号集电极电流。因此，
$$I_B = \frac{I_C}{\beta}$$
考虑 VCC、基极、发射极和地的闭合电路，同时应用基尔霍夫电压定律，我们得到，
$$V_{CC} = I_B R_B + V_{BE}$$
或者
$$I_B R_B = V_{CC} - V_{BE}$$
因此
$$R_B = \frac{V_{CC} - V_{BE}}{I_B}$$
由于 VBE 与 VCC 相比通常非常小，因此前者可以忽略不计，误差很小。然后，
$$R_B = \frac{V_{CC}}{I_B}$$
我们知道 VCC 是一个固定的已知量，而 IB 则选择某个合适的值。由于可以直接找到 RB，因此该方法称为固定偏置法。
稳定因子
$$S = \frac{\beta + 1}{1 - \beta \left ( \frac{d I_B}{d I_C} ight )}$$
在固定偏置法中，IB与 IC无关，因此，
$$\frac{d I_B}{d I_C} = 0$$
将上述值代入上式，
稳定因子，$S = \beta + 1$
因此，固定偏置中的稳定因子为 (β+1)，这意味着 IC 会发生变化(β+1) 倍于 ICO 的任何变化。
优点
- 电路简单。
- 只需要一个电阻 RE。
- 偏置条件设置简单。
- 无负载效应，因为基极-发射极结处没有电阻。
缺点
稳定性较差，因为无法阻止热量产生。
稳定性系数非常高。因此，热失控的可能性很大。
因此，这种方法很少使用。
集电极到基极偏置
集电极到基极偏置电路与基极偏置电路相同，只是基极电阻 RB 返回到集电极，而不是 VCC 电源，如下图所示。
该电路有助于显著提高稳定性。如果 IC 的值增加，RL 两端的电压也会增加，因此 VCE 也会增加。这反过来又降低了基极电流 IB。此操作在一定程度上补偿了原来的增加。
给出零信号集电极电流 IC 所需的 RB 值可以按如下方式计算。
RL 两端的电压降为
$$R_L = (I_C + I_B)R_L \cong I_C R_L$$
从图中可以看出，
$$I_C R_L + I_B R_B + V_{BE} = V_{CC}$$
或者
$$I_B R_B = V_{CC} - V_{BE} - I_C R_L$$
因此
$$R_B = \frac{V_{CC} - V_{BE} - I_C R_L}{I_B}$$
或者
$$R_B = \frac{(V_{CC} - V_{BE} - I_C R_L)\beta}{I_C}$$
应用 KVL 我们有
$$(I_B + I_C)R_L + I_B R_B + V_{BE} = V_{CC}$$
或者
$$I_B(R_L + R_B) + I_C R_L + V_{BE} = V_{CC}$$
因此
$$I_B = \frac{V_{CC} - V_{BE} - I_C R_L}{R_L + R_B}$$
由于 VBE 几乎与收集器无关电流，我们得到
$$\frac{d I_B}{d I_C} = - \frac{R_L}{R_L + R_B}$$
我们知道
$$S = \frac{1 + \beta}{1 - \beta (d I_B / d I_C)}$$
因此
$$S = \frac{1 + \beta}{1 + \beta \left ( \frac{R_L}{R_L + R_B} ight )}$$
该值小于固定偏置电路获得的 (1+β)。因此稳定性有所提高。
该电路提供负反馈，从而降低放大器的增益。因此，集电极到基极偏置电路的稳定性提高是以牺牲交流电压增益为代价的。
使用集电极反馈电阻偏置
在这种方法中，基极电阻 RB 的一端连接到基极，另一端连接到集电极，正如其名称所暗示的那样。在该电路中，零信号基极电流由 VCB 决定，而不是由 VCC 决定。
很明显，VCB 正向偏置基极-发射极结，因此基极电流 IB 流过 RB。这导致零信号集电极电流在电路中流动。下图显示了带集电极反馈电阻电路的偏置。
产生零信号电流 IC 所需的 RB 值可按如下方式确定。
$$V_{CC} = I_C R_C + I_B R_B + V_{BE}$$
Or
$$R_B = \frac{V_{CC} - V_{BE} - I_C R_C}{I_B}$$
$$= \frac{V_{CC} - V_{BE} - \beta I_B R_C}{I_B}$$
Since $I_C = \beta I_B$
或者，
$$V_{CE} = V_{BE} + V_{CB}$$
或者
$$V_{CB} = V_{CE} - V_{BE}$$
因为
$$R_B = \frac{V_{CB}}{I_B} = \frac{V_{CE} - V_{BE}}{I_B}$$
其中
$$I_B = \frac{I_C}{\beta}$$
从数学上讲，
稳定因子，$S < (\beta + 1)$
因此，这种方法比固定偏置提供更好的热稳定性。
电路的 Q 点值显示为
$$I_C = \frac{V_{CC} - V_{BE}}{R_B/ \beta + R_C}$$
$$V_{CE} = V_{CC} - I_C R_C$$
优点
- 电路很简单，因为它只需要一个电阻。
- 该电路提供了一定的稳定性，变化较少。
缺点
- 电路没有提供良好的稳定性。
- 电路提供负反馈。
电压分压器偏置法
在所有提供偏置和稳定性的方法中，分压器偏置法是最突出的一种。这里采用了两个电阻器 R1 和 R2，它们连接到 VCC 并提供偏置。发射极采用的电阻器 RE 提供稳定性。
分压器的名称来自由 R1 和 R2 形成的分压器。R2 上的电压降使基极-发射极结正向偏置。这会导致基极电流和集电极电流在零信号条件下流动。下图显示了分压器偏置方法的电路。
假设流过电阻 R1 的电流为 I1。由于基极电流 IB 非常小，因此可以合理准确地假设流过 R2 的电流也是 I1。
现在让我们尝试推导集电极电流和集电极电压的表达式。
集电极电流，IC
从电路中可以看出，
$$I_1 = \frac{V_{CC}}{R_1 + R_2}$$
因此，电阻 R2 两端的电压为
$$V_2 = \left ( \frac{V_{CC}}{R_1 + R_2} ight ) R_2$$
将基极电路应用基尔霍夫电压定律，
$$V_2 = V_{BE} + V_E$$
$$V_2 = V_{BE} + I_E R_E$$
$$I_E = \frac{V_2 - V_{BE}}{R_E}$$
由于 IE ≈ IC，
$$I_C = \frac{V_2 - V_{BE}}{R_E}$$
从上述表达式可以看出，IC 不依赖于 β。VBE 非常小，以至于 IC 完全不受 VBE 的影响。因此，该电路中的 IC 几乎与晶体管参数无关，因此实现了良好的稳定性。
集电极-发射极电压，VCE
将基尔霍夫电压定律应用于集电极侧，
$$V_{CC} = I_C R_C + V_{CE} + I_E R_E$$
由于 IE ≅ IC
$$= I_C R_C + V_{CE} + I_C R_E$$
$$= I_C(R_C + R_E) + V_{CE}$$
因此，
$$V_{CE} = V_{CC} - I_C(R_C + R_E)$$
RE 在该电路中提供了出色的稳定性。
$$V_2 = V_{BE} + I_C R_E$$
假设温度上升，则集电极电流 IC 减小，这导致 RE 两端的电压降增加。由于 R2 两端的电压降为 V2，与 IC 无关，因此 VBE 的值会减小。 IB 的减小值倾向于将 IC 恢复到原始值。
稳定性因子
该电路的稳定性因子公式如下
稳定性因子 = $S = \frac{(\beta + 1) (R_0 + R_3)}{R_0 + R_E + \beta R_E}$
$$= (\beta + 1) imes \frac{1 + \frac{R_0}{R_E}}{\beta + 1 + \frac{R_0}{R_E}}$$
其中
$$R_0 = \frac{R_1 R_2}{R_1 + R_2}$$
如果比率R0/RE 非常小，那么与 1 相比，R0/RE 可以忽略不计，稳定性因子变为
稳定性因子 = $S = (\beta + 1) imes \frac{1}{\beta + 1} = 1$
这是 S 的最小可能值，可实现最大可能的热稳定性。
