计算机中的电路是数字电路,其中采用的是基极偏置以及由基极偏置构成的电路。但对于放大器,则需要电路的静态工作点 Q 不随电流增益的变化而变化。
图1所示一个发射极偏置电路。由图 1 可见,电阻从基极电路移到了发射极电路。这个变化改变了整个电路的特性,使得该电路的 Q 点十分稳定。电流增益从 50 变到 150 的过程中,Q 点在负载线上的位置几乎不变。
基本概念
将基极电源电压直接加在基极,基极和地之间的电压为 VBB,发射极不再接地。发射极和地之间的电压为:
如果 VBB 大于 20 倍的 VBE,则理想化近似足够准确;如果 VBB 小于 20 倍的 VBE,应该采用二阶近似,否则误差会大于 5%。
确定 Q 点
析图 2 所示的发射极偏置电路。由于基极电源电压只有 5V,因此需要采用二阶近似。基极和地之间的电压为 5V,将基极到地之间的电压称为基极电压,记为 VB。基极和发射极两端的压降为 0.7V,将该电压称为基极-发射极电压,记为 VBE。
将发射极和地之间的电压称为发射极电压,它等于:
该电压加在发射极电阻上,可以用欧姆定律来计算发射极电流:
这也意味着集电极电流近似为 1.95mA。当这个集电极电流流过集电极电阻时,产生 1.95V 的压降。从集电极电源电压中减去这个压降,得到集电极和地之间的电压:
将集电极到地之间的电压称为集电极电压。
这个电压是故障诊断人员在检测晶体管电路时需要测量的。测量时将电压表的一端接到集电极,另一端接地。如果要得到 VCE,需要从集电极电压中减去发射极电压,得到:
所以,图 2 中的发射极偏置电路的 Q 点坐标为:
VCE 可用来绘制负载线,并可在查阅晶体管的数据手册时使用。其计算公式为:
电路对电流增益变化不敏感
发射极偏置的优势在于,发射极偏置电路的 Q 点对电流增益的变化不敏感。电路分析过程便可证明。以下是前面用过的计算步骤:
计算发射极电压;
计算发射极电流;
计算集电极电压;
集电极电压减去发射极电压得到 VCE。
在上述计算过程中,没有用到电流增益。由于不需要用电流增益来计算发射极电流和集电极电流等参数,那么电流增益的精确值就不再重要了。
将电阻从基极移到发射极后,迫使基极到地的电压等于基极电源电压。在基极偏置电路中,几乎所有的基极电源电压都加在基极电阻上,从而产生固定基极电流,而在发射极偏置电路中,电源电压减去 0.7V 后的电压全部加在发射极电阻上,产生的是固定的发射极电流。
电流增益的微小影响
电流增益对集电极电流有微小的影响。在所有工作条件下,三个电流的关系都满足:
也可以写成:
由该方程求解集电极电流,得:
IE 前面相乘的系数叫作修正系数,它表明 IC 与 IE 是不同的。当电流增益为 100 时,修正系数为:
也就是说集电极电流为发射极电流的 99%。所以,如果忽略修正系数,认为集电极电流与发射极电流相等,导致的误差只有 1%。
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