晶体管的Q点偏置如何设置

晶体管偏置是将晶体管直流工作电压或电流条件设置为正确电平的过程，以便晶体管可以正确放大任何交流输入信号

晶体管稳态操作在很大程度上取决于其基极电流，集电极电压和集电极电流，因此，如果晶体管要作为线性放大器工作，则必须正确偏置以具有合适的工作点。

建立正确的工作点需要正确选择偏置电阻和负载电阻，以提供适当的输入电流和集电极电压条件。双极晶体管（NPN或PNP）的正确偏置点通常位于两个极端操作之间，相对于其沿着其负载线“完全接通”或“完全断开”。该中心工作点称为“静态工作点”，或简称 Q点。

当双极晶体管偏置时，Q点接近中间它的工作范围大约是截止和饱和之间的一半，据称它是作为A类放大器工作的。当输入信号摆动整个周期时，这种操作模式允许输出电流在放大器Q点附近增加和减少而没有失真。换句话说，输出电流流过输入周期的整个360 ^o 。

那么我们如何设置晶体管的Q点偏置呢？
      使用通常称为 Base Bias 的过程实现晶体管的正确偏置。

但在我们开始研究可能的不同晶体管偏置布置之前，让我们首先提醒自己基本的晶体管电路以及相关的电压和电流，如左图所示。

“DC偏置电平”或“无输入信号电平”是通过将其集电极电流（ I _C ）设置为常数和稳定来正确设置晶体管Q点没有输入信号施加到晶体管Base的状态值。

此稳态或DC工作点由电路的直流电源电压（ Vcc ）和偏置电阻的值连接到晶体管Base端子。

自从晶体管基极偏置电流是稳态直流电流，适当使用耦合和旁路电容将有助于阻止一个晶体管级的偏置电流设置，从而影响下一个晶体管的偏置条件。基极偏置网络可用于共基极（CB），共集电极（CC）或共射极（CE）晶体管配置。在这个简单的晶体管偏置教程中，我们将研究可用于公共发射极放大器的不同偏置布置。

基极偏置共用发射极放大器

最常用的偏置电路之一晶体管电路具有发射极 - 偏置电路的自偏压，其中一个或多个偏置电阻用于设置晶体管电流的初始DC值，（ I _B ），（ I _C ）和（ I _E ）。

这两个最常见的晶体管偏置形式是： Beta Dependent 和 Beta Independent 。晶体管偏置电压很大程度上取决于晶体管β（β），因此为一个晶体管设置的偏置对于另一个晶体管可能不一定相同。晶体管偏置可以通过使用单个反馈电阻或使用简单的分压器网络来实现，以提供所需的偏置电压。

以下是来自单电源的晶体管基极偏置配置的五个示例（ Vcc ）。

固定基极偏置晶体管

 

所示电路称为“固定基极偏置电路”，因为对于给定的 Vcc I _B 保持不变>，因此晶体管工作点也必须保持固定。该两个电阻器偏置网络用于使用固定电流偏置来建立晶体管的初始操作区域。

这种类型的晶体管偏置布置也是β依赖偏置，因为稳态工作条件是晶体管ββ值的函数，因此偏置点将在很宽的范围内变化与晶体管特性相同类型的晶体管将不会完全相同。

晶体管的发射极二极管通过限流电阻施加所需的正基极偏压而正向偏置。 [R <子>乙。假设标准双极晶体管，正向基极 - 发射极电压降为0.7V。那么 R _B 的值就是：（V _CC - V _BE ）/ I _B 其中 I _B 定义为 I _C /β。

采用这种单电阻器类型的偏置方法，偏置电压和电流在晶体管工作期间不会保持稳定，并且可能有很大差异。此外，晶体管的温度会对工作点产生不利影响。

集电极反馈偏置晶体管

 

这种自偏置集电极反馈配置是另一种β依赖偏置方法，只需要两个电阻即可为晶体管提供必要的直流偏置。集电极到基极反馈配置确保晶体管始终偏置在有源区域，而不管Beta的值（β），因为DC基极偏置电压来自集电极电压， V _C 提供良好的稳定性。

在此电路中，基极偏置电阻 R _B 连接晶体管集电极 C ，而不是电源电压轨， Vcc 。现在，如果集电极电流增加，则集电极电压下降，从而减小基极驱动，从而自动降低集电极电流，从而保持晶体管Q点固定。然后这种集电极反馈偏置方法会产生负反馈，因为从输出到输入的反馈通过电阻 R _B。

偏置电压来自负载电阻两端的电压降， R _L 。因此，如果负载电流增加，则 R _L 的电压降会更大，相应的集电极电压也会降低， V _C 会导致基极电流相应下降， I _B 反过来会带来 I _C 恢复正常。

当晶体管集电极电流变小时，也会发生相反的反应。然后这种偏置方法被称为自偏置，使用这种类型的反馈偏置网络对晶体管稳定性通常适用于大多数放大器设计。

双反馈晶体管偏置

 

在前一种配置的基础偏置网络中增加一个额外的电阻可以提高β的变化的稳定性，（β）通过增加流过基极偏置电阻的电流。

流过 R _B1 的电流通常设置为等于约的值集电极电流的10％， I _C 。显然它也必须大于β的最小值β所需的基极电流。

这种自偏置配置的一个优点是电阻提供同时自动偏置和Rƒ反馈。

具有发射极反馈的晶体管偏置

 

这种类型的晶体管偏置配置，通常称为自发射极偏置，使用发射极和基极 - 集电极反馈来稳定集电极电流，因为电阻 R _B1 和 R _E 以及晶体管的基极 - 发射极结都与电源电压有效连接， V <子> CC 。

这种发射极反馈配置的缺点是输出由于基极电阻连接而降低了增益，因为集电极电压决定了流经反馈电阻的电流， R _B1

从发射器流出的电流 I _E （这是的组合I _C + I _B ）导致电压降出现在 R _E 中方向，它反向偏置基极 - 发射极结。

因此，如果发射极电流增加，电压降 I * R _E 也会增加。由于该电压的极性反向偏置基极 - 发射极结， I _B 会自动降低。因此，如果没有自偏置电阻，发射极电流增加的幅度会小于它本来的情况。

通常设置电阻值，使发射极电阻上的压降 R _E 约为 V _CC 的10％，流过电阻 R _B1 的电流为10集电极电流的百分比 I _C 。

这种类型的晶体管偏置配置在相对较低的电源电压下工作效果最佳。

分压器晶体管偏置

使用分压器网络对共发射极晶体管进行偏置，以提高稳定性。该偏置配置的名称来自以下事实：两个电阻 R _B1 和 R _B2 形成电压或者电源上的分压器网络，它们的中心点连接点连接晶体管基极端子，如图所示。

这种分压器偏置配置是最广泛使用的晶体管偏置方法，因为晶体管的发射极二极管是正向的由电阻 R _B2 上的电压降低。此外，分压器网络偏置使晶体管电路独立于β的变化，因为晶体管基极，发射极和集电极的电压取决于外部电路值。

计算电阻器 R _B2 因此施加到基极端子的电压我们只是使用串联电阻的分压器公式。

通常电阻器电压降 R _B2 远小于电阻 R _B1 。那么显然晶体管基极电压 V _B 相对于地，将等于 R _B2 两端的电压。

流经电阻器 R _B2 的电流通常设置为所需基极电流 I _B的10倍。 因此它对分压器电流或Beta的变化没有影响。

晶体管偏置的目标是建立一个已知的Q-为了使晶体管有效工作并产生无失真的输出信号。晶体管的正确偏置还可以通过使用两个或四个电阻偏置网络的实际偏置电路建立其初始AC工作区。

在双极晶体管电路中，Q点由（表示）对于NPN晶体管，V _CE ， I _C ）或（ V _EC ， I _C ）用于PNP晶体管。通常通过将集电极电流视为β（β）和温度的函数来评估基极偏置网络的稳定性，从而评估Q点。

这里我们有简要介绍了使用电阻网络“偏置晶体管”的五种不同配置。但我们也可以使用硅二极管，齐纳二极管或有源网络对晶体管进行偏置，所有这些都连接到晶体管的基极端，或者通过从双电源偏置晶体管。