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場效應管偏置电路-場效應管偏置电路的工作原理及作用分析-KIA MOS管

信息來源:本站 日期:2018-07-26 

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什麽是偏置電路

晶體管構成的放大器要做到不失真地將信號電壓放大,就必須保證晶體管的發射結正偏、集電結反偏。即應該設置它的工作點。所謂工作點就是通過外部電路的設置使晶體管的基極、發射極和集電極處于所要求的電位(可根據計算獲得)。這些外部電路就稱爲偏置電路。

場效應管偏置電路工作原理

穩定靜態工作點原理:

由于流過發射極偏置電阻(Re)的電流IR遠大于基極的電流Ib(Ie>>Ib),因此,可以認爲基極電位Vb只取決于分壓電阻Re的阻值大小,與三極管參數無關,不受溫度影響。靜態工作點的穩定是由Vb和Re共同作用實現,穩定過程如下:

設溫度升高→Ic↑→Ie↑→VRe↑→Vbe↓→Ib↓→Ic↓

其中:Ic↑→Ie↑是由并联电路电流方程 Ie = Ib+Ic得出,Ie↑→Vbe↓是由串联电路电压方程Vbe= Vb-Ie×Re得出,Ib↓→Ic↓是由晶体三极管电流放大原理 Ic =β×Ib (β表示三极管的放大倍数) 得出。

由上述分析不難得出,Re越大穩定性越好。但事物總是具有兩面性,Re太大其功率損耗也大,同時Ve也會增加很多,使Vce減小導致三極管工作範圍變窄,降低交流放大倍數。因此Re不宜取得太大。在小電流工作狀態下,Re值爲幾百歐到幾千歐;大電流工作時,Re爲幾歐到幾十歐。

場效應管偏置电路

場效應管偏置电路为了使放大电路正常地工作能把输入信号不失真地加以放大,必须有一个合适而稳定的静态工作点为放大电路提供直流电流和直流电压的电路.叫做直流(静态)偏置电路,简称偏置电路由于各种电子电路对偏置电路有不同的要求,所以在实际电路中加设的偏置电路也有所不同。下面介绍几种常见的偏置电路。

1.固定偏直電路

固定偏置电路如图15-11 所示,它是共发射极放大电路。当EC和RB一经确定,就能得到一个固定的基极电流lB和集电极电流IC, 所以把这种电路叫做固定偏置电路。电路中的EC、IC、RC、β 和ICEO 等参数.一般都是预先根据需要而确定好的。计算基极电流(又称偏置电流)IB 和基极电阻(偏流电阻)RB时,可利用以下公式:

場效應管偏置电路"

从上式可以求出IC和RB的值。但在实际应用中,往往还要调整RB,以得到较精确的IC。调整方法是:选择一个合适的电位器和电阻.串接后接在RB 的位置,断开RC和EC 的连接.串入一个电流在、调节电位器的阻值.使电流表指示达到预定的IC值。由于半导体三极管的特性受植度的影响较大.当温度变化升高时,三极管的穿透电流lCEP显著增加,而IC又与ICEO 有关,所以IC也随之增加.从而会引起工作点的变动可以看出,固定偏置电路只是提供一个固定偏流lB的电路,它无法起到稳定工作点的作用。它的优点是电路结构简单,使用的元件少.可以用在不要求有稳定的静态工作点的电路中。

場效應管偏置电路

2. 电压负反馈偏直电路

电压负反馈偏置电路如图15-12 所示。它和固定偏置电路的不同之处,是将偏流电阻RB接在了三极管集电极上。此时电路中各参数有以下的关系:

場效應管偏置电路

从上面过程可以看出,随温度的升高, IC的变化被拉了回来.达到了稳定静态工作点的作用。要想这种电路效果好,就要使RC足够大,这样才能引起UCE 的足够变化,加深电压负反馈的作用。所以这种电路不适用于用变压器作负载的电路。偏流电阻RB一般取值为(2~10)RC。

3. 电流负反馈偏直电路

电流负反馈偏置电路如图15-13 所示。它和固定偏置电路的不同之处是.在半导三极管的发射极上串接了一个电阻RE 。此时电路各参数有以下的关系:

場效應管偏置电路

由于EC电源相对不变,若IERE 增加,必然引起UBE下降,从而造成IB的下降。电路稳定静态工作点的过程可以写成以下形式:

場效應管偏置电路

4. 分压式电流负反馈偏直电路

这是一种常用的偏置电路,它的典型电路如图15-14 所示。在这个电路中,除三极管发射极上接有RE外,同时在基极上还接有RB1和RB2 , 它们分别接在电源EC的两端。

場效應管偏置电路

分壓式電流負反饋偏置電路有兩種穩定作用:

①通过基极电阻RB1和RB2 的分压,以下关系成立:

場效應管偏置电路

上式说明基极电压UB只受EC·RB1和RB2 的影响,只要这三个参数确定,则UB 就可保持稳定。

①接入RE電路有電流負反饋的溫度補償作用

由于有以上兩個穩定作用,所以分壓式電流負反饋偏置電路的穩定作用較好。除此之外,這種電路還有一個優點,就是RC取值小些,也不影響穩定性,因此適用于各種負載的放大電路。

對于低頻小信號放大電路來說,應用電路中的元件取值可參考以下原則:

場效應管偏置电路

場效應管偏置电路的作用

偏置電路的作用是向各放大級提供合適的偏置電流,確定各級靜態工作點。各個放大級對偏置電流的要求各不相同。對于輸入級,通常要求提供一個比較小(一般爲微安級)的偏置電流,而且應該非常穩定,以便提高集成運放的輸入電阻,降低輸入偏置電流、輸入失調電流及其溫漂等等。

在集成運放中,常用的偏置電路有以下幾種:

镜像电流源也称为电流镜(Current Mirror),在集成运放中应用十分广泛,它的电路如下图所示。

場效應管偏置电路

然後在VT2的集電極得到相應的IC2,作爲提供給某個放大級的偏置電流。由于UBE1=UBE2,而VT1和VT2是做在同一矽片上兩個相鄰的三極管,它們的工藝、結構和參數都比較一致,因此可以認爲

場效應管偏置电路

(2)由于輸出恒流IC2和基准電流IREF相等,它們之間如同是鏡像的關系,所以這種恒流源電路稱爲鏡像電流源。鏡像電流源的優點是結構簡單,而且具有一定的溫度補償作用。

二、比例電流源

在鏡像電流源的基礎上,在VT1、VT2的發射極分別入兩個電阻R1和R2,即可組成比例電流源,如下圖所示。

場效應管偏置电路

由于VT1、VT2是做在同一矽片上的兩個相鄰的三極管,因此可以認爲UBE1≈IE2R2,則IE1R1≈IE2R2,如果兩管的基極電流可以忽略,由上式可得

場效應管偏置电路

(3)可見兩個三極管的集電極電流之比近似與發射極電阻的阻值成反比,故稱爲比例電流源。以上兩種電流源的共同缺點是,當直流電源VCC變化時,輸出電流IC2幾乎按同樣的規律活動,因此不適用于直流電源在大範圍內變化的集成運放。此外,若輸入級要求微安級的偏置電流,則所有電阻將達兆歐級,在集成電路中無法實現。


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