当您要设计双极晶体管电路时,您需要知道如何对其偏置。偏置是以特定的方式向晶体管供电,以使晶体管按照您希望的方式运行。放大器主要分为五类-A类,B类,AB类,C类和D类。在本文中,我们将重点介绍为线性音频A类放大器工作在通用发射极配置下偏置晶体管,线性意味着输出信号与输入信号相同,但被放大。
基础
为了使常规的硅晶体管工作在有源模式下(用于大多数放大器电路),其基极必须连接至比发射极高至少0.7V的电压(对于硅器件)。施加此电压后,晶体管导通,集电极电流开始流动,集电极和发射极之间的压降为0.2V至0.5V。在活动模式下,集电极电流大约等于基极电流乘以晶体管的电流增益(hfe,β)。
Ib = Ic / hfe Ic = Ib * hfe
在PNP晶体管中,此过程是相反的,当向其基极施加一定电压时,它将停止导通。在此处了解有关NPN晶体管和PNP晶体管的更多信息。
固定偏差
偏置BJT的最简单方法如下图所示,R1提供基极偏置,输出通过隔直电容在R2和集电极之间获取,而输入通过隔直电容馈入基极。此配置仅应在简单的前置放大器中使用,绝不能在功率输出级使用,尤其是使用扬声器代替R2时。
要偏置晶体管,我们需要知道电源电压(Ucc),基极-发射极电压(Ube,硅为0.7V,锗晶体管为0.3V),所需的基极电流(Ib)或集电极电流(Ic)以及晶体管的电流增益(hfe,β)。
R1 =(Ucc-宇部)/ Ib R1 =(Ucc-宇部)/(Ic / hfe)
通过将电源电压除以集电极电流,可以估算出最佳增益和失真的R2值。具有R2值的放大器增益很高,接近晶体管的电流增益值(hfe,β)。向扬声器或下一个放大级等输出增加负载后,由于R2,输出电压将下降,并且负载将充当分压器。建议下一级的负载阻抗或输入阻抗至少为R2的4倍。耦合电容器应在最低工作频率下提供小于1/8的负载阻抗或下一级的输入阻抗。
分压器偏置/自偏置
下图是使用最广泛的偏置配置,它是温度稳定的,并具有非常好的增益和线性度。在射频放大器中,R3可以用射频扼流圈代替。除了单个基极电阻(R1)和集电极电阻(R3),我们还有一个附加基极电阻(R2)和发射极电阻(R4)。 R1和R2形成一个分压器,并与R4上的压降一起设置为电路的基极电压(Ub)。由于要考虑的组件和变量更多,因此计算更加复杂。
首先,我们开始计算基极分压器的电阻比,其公式如下所示。要开始计算,我们需要估算集电极电流以及电阻R2和R4的值。可以计算出电阻R4在所需的集电极电流下下降0.5V至2V,并且将R2设置为比R4大10至20倍。对于前置放大器,R4通常在1k-2k欧姆范围内。
非去耦R4会引起负反馈,从而降低增益,同时减少失真并改善线性度。将其与电容器去耦会增加增益,因此建议串联使用带小电阻的大容量电容器。