電晶體偏置

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偏置是提供直流電壓的過程，有助於電路的正常工作。為了使發射極-基極結正向偏置，集電極-基極結反向偏置，從而使電晶體保持在放大區工作，電晶體需要進行偏置，以使其作為放大器工作。

在上一章中，我們解釋瞭如果輸入和輸出部分都經過偏置，電晶體如何充當良好的放大器。

電晶體偏置

零訊號集電極電流的適當流動以及在訊號透過期間保持適當的集電極-發射極電壓被稱為電晶體偏置。提供電晶體偏置的電路稱為偏置電路。

直流偏置的必要性

如果給BJT輸入一個非常小的電壓訊號，它就無法被放大。因為，對於BJT來說，要放大訊號，必須滿足兩個條件。

• 輸入電壓應超過電晶體導通電壓才能導通。

• BJT應處於放大區才能作為放大器工作。

如果透過外部電源向BJT提供適當的直流電壓和電流，以便BJT在放大區工作，併疊加待放大的交流訊號，則可以避免此問題。給定的直流電壓和電流的選擇應使得電晶體在整個輸入交流週期內保持在放大區。因此需要直流偏置。

下圖顯示了一個在輸入和輸出電路中都提供直流偏置的電晶體放大器。

為了使電晶體能夠作為忠實的放大器工作，必須穩定工作點。讓我們看看影響工作點穩定的因素。

影響工作點的因素

影響工作點的主要因素是溫度。由於溫度變化，工作點會發生偏移。

隨著溫度升高，I_CE、β、V_BE的值都會受到影響。

• I_CBO每升高10^o翻倍
• V_BE每升高1^o降低2.5mv

因此，影響工作點的主要問題是溫度。因此，應使工作點與溫度無關，以實現穩定性。為了實現這一點，引入了偏置電路。

穩定性

使工作點與溫度變化或電晶體引數變化無關的過程稱為穩定性。

一旦達到穩定性，I_C和V_CE的值就與溫度變化或電晶體更換無關。良好的偏置電路有助於穩定工作點。

穩定性的必要性

由於以下原因，必須實現工作點的穩定性。

• I_C的溫度依賴性
• 個體差異
• 熱失控

讓我們詳細瞭解這些概念。

I_C的溫度依賴性

由於集電極電流I_C的表示式為

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

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

集電極漏電流I_CBO受溫度變化的影響很大。為了解決這個問題，設定偏置條件使得零訊號集電極電流I_C = 1 mA。因此，需要穩定工作點，即必須保持I_C恆定。

個體差異

由於每個電晶體的β值和V_BE值並不相同，因此每當更換電晶體時，工作點往往會發生變化。因此，有必要穩定工作點。

熱失控

由於集電極電流I_C的表示式為

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

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

集電極電流和集電極漏電流的流動都會引起熱耗散。如果工作點不穩定，就會出現累積效應，從而增加這種熱耗散。

這種不穩定電晶體的自毀稱為熱失控。

為了避免熱失控和電晶體損壞，必須穩定工作點，即保持I_C恆定。

穩定性因子

可以理解的是，儘管I_CBO或I_CO發生變化，I_C也應保持恆定。偏置電路在維持這一點上的成功程度由穩定性因子來衡量。它用S表示。

根據定義，在恆定的β和I_B下，集電極電流I_C相對於集電極漏電流I_CO的變化率稱為穩定性因子。

$S = \frac{d I_C}{d I_{CO}}$ 在恆定的I_B和β下

因此，我們可以理解，集電極漏電流的任何變化都會在很大程度上改變集電極電流。穩定性因子應儘可能低，以避免集電極電流受到影響。S=1是理想值。

CE組態的穩定性因子的通用表示式可以如下獲得。

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

對上述表示式關於I_C進行微分，我們得到

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

或者

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

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

或者

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

因此，穩定性因子S取決於β、I_B和I_C。