晶体管偏置

偏置是提供直流电压的过程，有助于电路的运行。晶体管的基础是使发射极基极结正向偏置，集电极基极结反向偏置，以便它保持在有源区，作为放大器工作。

在上一章中，我们解释了如果输入和输出部分都偏置，晶体管如何充当良好的放大器。

晶体管偏置

在信号通过期间，零信号集电极电流的适当流动和适当的集电极发射极电压的维持被称为晶体管偏置。提供晶体管偏置的电路称为偏置电路。

需要直流偏置

如果将非常小的电压信号提供给 BJT 的输入，则无法放大。因为，对于 BJT 来说，要放大信号，必须满足两个条件。

• 输入电压应超过晶体管导通的截止电压。

• BJT 应处于有源区，以作为放大器运行。

如果外部源通过 BJT 提供适当的直流电压和电流，使 BJT 在有源区运行并叠加要放大的交流信号，则可以避免此问题。给定的直流电压和电流的选择应使晶体管在整个输入交流周期内保持在有源区。因此需要直流偏置。

下图显示了一个晶体管放大器，其输入和输出电路均配备直流偏置。

为了使晶体管作为可靠的放大器运行，应稳定工作点。让我们来看看影响工作点稳定性的因素。

影响工作点的因素

影响工作点的主要因素是温度。工作点会因温度变化而发生变化。

随着温度升高，I_CE、β、V_BE 的值会受到影响。

• I_CBO 会加倍（每升高 10^o）
• V_BE 会降低 2.5mv（每升高 1^o）

因此，影响工作点的主要问题是温度。因此，应使工作点与温度无关，以实现稳定性。为了实现这一点，引入了偏置电路。

稳定

使工作点不受温度变化或晶体管参数变化影响的过程称为稳定。

一旦实现稳定，I_C和V_CE的值将不受温度变化或晶体管更换的影响。良好的偏置电路有助于稳定工作点。

需要稳定

由于以下原因，必须实现工作点的稳定。

• I_{C 的温度依赖性}
• 个体差异
• 热失控

让我们详细了解这些概念。

IC 的温度依赖性

集电极电流 I_C 的表达式为

$$I_C = \beta I_B + I_{CEO}$$

$$= \beta I_B + (\beta + 1) I_{CBO}$$

集电极漏电流 I_CBO 受温度变化的影响很大。为了解决这个问题，偏置条件设置为零信号集电极电流 I_C = 1 mA。因此，需要稳定工作点，即必须保持 I_C 恒定。

个体差异

由于每个晶体管的 β 值和 V_BE 值并不相同，因此每当更换晶体管时，工作点就会发生变化。因此，必须稳定工作点。

热失控

集电极电流 I_C 的表达式为

$$I_C = \beta I_B + I_{CEO}$$

$$= \beta I_B + (\beta + 1)I_{CBO}$$

集电极电流的流动以及集电极漏电流会导致散热。如果工作点不稳定，就会产生累积效应，从而增加散热量。

这种不稳定晶体管的自毁称为热失控。

为了避免热失控和晶体管损坏，必须稳定工作点，即保持 I_C 恒定。

稳定性因子

众所周知，尽管 I_CBO 或 I_CO 发生变化，I_C 也应保持恒定。偏置电路成功维持这一状态的程度由稳定性因子衡量。它用S表示。

根据定义，在β 和 I_B 恒定时，集电极电流 I_C 相对于集电极漏电流 I_CO 的变化率称为稳定因子。

在 I_B 和 β 恒定时，$S = \frac{d I_C}{d I_{CO}}$

因此，我们可以理解，集电极漏电流的任何变化都会在很大程度上改变集电极电流。稳定因子应尽可能低，以免集电极电流受到影响。 S=1 是理想值。

CE 配置的稳定性因子的一般表达式如下。

$$I_C = \beta I_B + (\beta + 1)I_{CO}$$

对上述表达式进行 I_C 微分，我们得到

$$1 = \beta \frac{d I_B}{d I_C} + (\beta + 1)\frac{d I_{CO}}{dI_C}$$

或者

$$1 = \beta \frac{d I_B}{d I_C} + \frac{(\beta + 1)}{S}$$

因为 $\frac{d I_{CO}}{d I_C} = \frac{1}{S}$

或者

$$S = \frac{\beta + 1}{1 - \beta \left (\frac{d I_B}{d I_C} ight )}$$

因此，稳定因子 S 取决于 β、I_B 和 I_C。

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