晶体管偏置电路

晶体三极管最基本的作用是放大。利用三极管的放大作用，可以制成各种放大器，其中最简单的放大器是单管放大器。

对晶体管放大器的基本要求，除了要有足够大的放大倍数，尽量小的波形失真外，还要求它的工作稳定性高，这就取决于晶体管的工作状态和外电路结构。这两者都涉及到管子的工作点，所谓工作点，就是选择一组合适的I\(_{b}\)、IC和U\(_{ce}\)。晶体管的工作点的确定和稳定问题，依靠直流偏置稳定电路（简称偏置电路）来解决。下面对几种偏置电路进行分析。

图1为共发射极基本放大电路，它与前文中采用双电源（E\(_{b}\)、Ec）的电路不同，仅用一组电压较高的集电极电源E\(_{C}\)，这是因为双电源供电结构上累赘，也不经济，故在实际电子设备中不常用。图1单电源供电在电路上的变动仅是将基极电阻Rb改接到E\(_{C}\)上。显然，由于EC比E\(_{b}\)电压高得多，降压电阻Rb就必须加大才行，其值可由分压关系算出。根据图1中I\(_{b}\)的流向，可用欧姆定律写出管子基极电路的关系式：EC=I\(_{b}\)Rb＋U\(_{be}\)，即可改写为

式中U\(_{be}\)是晶体管工作时必须加的发射结正向电压，对于锗管合适数值约为0.2V，对于硅管约为0.6V，数值不大，与EC相比可忽略，故上式可简化为I\(_{b}\)≈ECR\(_{b}\)，这就说明，图1电路中只要Rb选定，就可得到固定偏流I\(_{b}\)，也就确定了IC，I\(_{C}\)=βIb，因而这种偏置电路叫固定偏置电路，其特点是电路简单，所用元件少，但温度稳定性差，一般用于热稳定性较好的硅管，锗管忌用。

为改善电路热稳定性，常采用图2电压负反馈偏置电路。它与图1电路不同的是将R\(_{b}\)改接到了管子集电极。于是输入电路关系式可写成Uce=I\(_{b}\)Rb+U\(_{be}\)，其输出电路关系式仍可写为EC=I\(_{C}\)Rc+U\(_{ce}\)。由两式可推算得:

电路的热稳定过程简述如下：当I\(_{C}\)由于环境温度升高而增大时，由图2可见，压降ICR\(_{C}\)亦增加，由于EC是固定的，于是集电极电位V\(_{C}\)下降，即Uce减小，这一变化通过R\(_{b}\)反馈到基极，使基极电位下降，Ube减小，导致I\(_{b}\)减小，将IC拉了下来。这一过程可简写为：T℃↑→I\(_{C}\)↑→ICR\(_{C}\)↑→Uce↓→U\(_{be}\)↓→Ib↓—I\(_{C}\)↓（其中↑表示上升；↓表示下降）。显然，RC越大，电位V\(_{C}\)的变化越大，通过Rb对U\(_{be}\)的反作用亦越大，即反馈愈来愈深。但若太大，ICR\(_{C}\)过大，使Uce过小，又会影响放大信号电压的动态范围。一般取R\(_{b}\)=（2～10）RC。

图3是电流负反馈偏置电路，与图1电路不同的是发射极e通过R\(_{e}\)接地，于是输入电路关系式变成EC=I\(_{b}\)Rb+U\(_{be}\)＋IeR\(_{e}\)，可算得：

若忽略U\(_{be}\)，且Ie≈I\(_{C}\)，Ib≈\(\frac{I}{_{e}}\)β，上式可近似写成：

这种电路的热稳定性较好：当温度上升引起I\(_{C}\)增加时，Ie亦随着增加，使R\(_{e}\)上的电压降IeR\(_{e}\)增加。Re接地点是零电位，I\(_{e}\)Re的增加必然导致发射极电位V\(_{e}\)升高。在电源电压EC相对稳定的情况下，由分压关系确定的基极电位V\(_{b}\)基本不变，故Ve升高就造成U\(_{be}\)减少、Ib下降，最后将I\(_{C}\)拉了下来。这个过程可简写为：T°↑→IC↑→I\(_{e}\)↑→IeR\(_{e}\)↑→Ve↑→U\(_{be}\)↓→Ib↓→I\(_{c}\)↓。由此可见，发射极电流Ie通过发射极电阻R\(_{e}\)影响到发射极电路去控制Ube，电流负反馈因此得名。显然，R\(_{e}\)越大，IeR\(_{e}\)变化越大，对Ube的反作用亦越大．但R\(_{e}\)过大亦会使IeR\(_{e}\)过大、Uce过小。一般按R\(_{e}\)=（0.1～0.2）Rc进行估算。

图4是目前最常用的偏置电路。其中R\(_{b1}\)、Rb2按I\(_{1}\)》Ib原则选定，于是U\(_{be}\)完全取决于Rb1、R\(_{b2}\)的分压关系，即有关系式：

从而使U\(_{be}\)相对稳定。同时，电路还具有Re提供的电流负反馈作用，因而这种电路热稳定性较好。有些电子设备，对热稳定性要求更高，尚可在偏置电路中采用半导体二极管或热敏电阻等热补偿元器件。（金国钧）