晶体管偏置计算
尽管晶体管开关电路在无偏置的情况下工作，但模拟电路在无偏置的情况下工作是不寻常的。少数例子之一是“TR One，一个晶体管收音机”TR One，Ch 9 带有放大的 AM（幅度调制）检测器。请注意，该电路的基极缺少偏置电阻器。在本节中，我们将介绍一些可以设置选定发射极电流 IE 的基本偏置电路。给定所需的发射极电流 IE，需要什么值的偏置电阻，RB、RE 等？
基极偏置电阻
最简单的偏置适用于 基础偏差 底座和底座电池之间的电阻 V BB . 使用现有的 VCC 电源代替新的偏置电源很方便。使用基极偏置的音频放大器级的一个例子是“带有一个晶体管的水晶收音机”。 . . ” 水晶收音机，第 9 章。注意从底座到电池端子的电阻。类似的电路如下图所示。写出关于包含电池、RB 和晶体管上 VBE 二极管压降的环路的 KVL（基尔霍夫电压定律）方程，如下图所示。请注意，我们使用 VBB 作为基本电源，即使它实际上是 VCC。如果 β 很大，我们可以得出 IC =IE 的近似值。对于硅晶体管VBE≅0.7V。
基差
硅小信号晶体管的β通常在100-300范围内。
示例计算：
假设我们有一个 β=100 的晶体管，需要多大的基极偏置电阻才能产生 1mA 的发射极电流？求解 RB 的 IE 基偏置方程并代入 β、VBB、VBE 和 IE，得出 930kΩ。最接近的标准值为 910kΩ。
910kΩ 电阻的发射极电流是多少？如果我们随机得到一个 β=300 的晶体管，发射极电流是多少？
使用标准值 910kΩ 电阻时，发射极电流几乎没有变化。然而，随着 β 从 100 变为 300，发射极电流增加了两倍。如果我们期望集电极电压从接近 VCC 摆动到接近地，这在功率放大器中是不可接受的。然而，对于从微伏到大约 1 伏的低电平信号，偏置点可以以 (100·300)=173 的平方根的 β 为中心。偏置点仍会漂移相当大的量。但是，低电平信号不会被削波。
基极偏置不适用于功率放大器中使用的高发射极电流。基极偏置发射极电流不稳定。
热失控 是高发射极电流导致温度升高的结果，导致发射极电流增加，从而进一步升高温度。
收集者反馈偏差
如下图所示，通过将基极偏置电阻的 VBB 端移动到集电极，可以减少由于温度和 β 引起的偏置变化。如果发射极电流增加，RC 两端的压降增加，降低 VC，减少反馈到基极的 IB。这反过来又降低了发射极电流，纠正了原来的增加。
写出关于包含电池、RC、RB 和 VBE 压降的回路的 KVL 方程。代入IC≅IE和IB≅IE/β。求解 IE 产生 IE CFB 偏置方程。求解 IB 产生 IB CFB-bias 方程。
收藏家反馈偏差。
示例计算：
为 1 mA 的发射极电流、4.7K 的集电极负载电阻器和 β=100 的晶体管找到所需的集电极反馈偏置电阻器。求集电极电压VC。它应该大约在 VCC 和地之间。
最接近 460kΩ 集电极反馈偏置电阻的标准值为 470kΩ。用 470KΩ 电阻求发射极电流 IE。重新计算β=100和β=300的晶体管的发射极电流。
我们看到，随着 beta 从 100 变为 300，发射极电流从 0.989mA 增加到 1.48mA。这是对先前从 1.02mA 增加到 3.07mA 的基极偏置电路的改进。就 Beta 变异而言，收集器反馈偏差的稳定性是基础偏差的两倍。
发射极偏置
如下图在发射极电路中插入一个电阻RE会导致退化 ，也称为负反馈 .这可以防止由于温度变化、电阻容差、β 变化或电源容差引起的发射极电流 IE 的变化。典型容差如下：电阻器— 5%，β— 100-300，电源— 5%。为什么发射极电阻可以稳定电流的变化？ RE 两端电压降的极性是由集电极电池 VCC 引起的。电阻最靠近 (-) 电池端子的一端是 (-)，最靠近 (+) 端子的一端是 (+)。请注意，RE 的 (-) 端通过 VBB 电池和 RB 连接到底座。流经 RE 的电流的任何增加都会增加施加到基极电路的负电压的幅度，从而降低基极电流，降低发射极电流。这种降低的发射极电流部分补偿了原来的增加。
发射极偏置
请注意，上图中使用基极偏置电池 VBB 代替 VCC 来偏置基极。稍后我们将展示发射极偏置对于较低基极偏置电池更有效。同时，我们为通过基极 - 发射极电路的环路编写了 KVL 方程，注意组件的极性。我们替代IB≅IE/β并求解发射极电流IE。这个方程可以求解RB，方程：RB发射极偏置，如上图。
在应用公式之前：RB 发射极偏置和 IE 发射极偏置，上图，我们需要选择 RC 和 RE 的值。 RC 与集电极电源 VCC 和所需的集电极电流 IC 相关，我们假设它近似为发射极电流 IE。
通常，VC 的偏置点设置为 VCC 的一半。但是，它可以设置得更高以补偿发射极电阻 RE 上的压降。集电极电流是我们需要或选择的任何东西。根据应用和晶体管额定值，它的范围可以从微安到安。我们选择IC =1mA，典型的小信号晶体管电路。
示例计算：
我们计算 RC 的值并选择一个接近的标准值。集电极负载电阻的10-50%的发射极电阻通常效果很好。
为 RB 计算了 883k 电阻，选择了 870k。 β=100 时，IE 为 1.01mA。
对于β=300，发射极电流如下表所示。
β=100, β=300 的发射极电流比较。
上表显示，对于 VBB =10V，发射极偏置在稳定发射极电流方面做得不是很好。发射极偏置示例比之前的基极偏置示例要好，但相差不大。有效发射极偏置的关键是降低基极电源VBB，使其更接近发射极偏置量。
发射极电流乘以发射极电阻四舍五入：IERE =(1mA)(470) =0.47V。此外，我们需要克服 VBE =0.7V。因此，我们需要一个 VBB>(0.47 + 0.7)V 或>1.17V。如果发射极电流出现偏差，该数字与固定基极电源 VBB 相比会发生变化，从而导致对基极电流 IB 和发射极电流 IE 进行修正。 VB>1.17V 的最佳值是 2V。
83k的计算基极电阻比之前的883k低很多。我们从标准值列表中选择 82k。 β=100 和 β=300 时，82k RB 的发射极电流为：
将 β=100 和 β=300 时 VBB =2V 的发射极偏置的发射极电流与下表中之前的偏置电路示例进行比较，我们看到 1.75mA 的显着改善，但不如集电极的 1.48mA反馈。
β=100, β=300 的发射极电流比较。
要提高发射极偏置的性能，可以增加发射极电阻 RE 或减小基极偏置电源 VBB 或两者兼而有之。
例如，我们将发射极电阻加倍至最接近的标准值 910Ω。
计算出的 RB =39k 是标准值电阻。 β =100不需要重新计算IE，β =300为：
带有 910 发射极电阻器的发射极偏置电路的性能得到了很大改善。见下表。
β=100, β=300 的发射极电流比较。
作为练习，重新制作发射极偏置示例，将发射极电阻恢复为 470Ω，并将基极偏置电源降低至 1.5V。
33k 基极电阻是标准值，发射极电流在 β =100 时是可以的。 β =300 时的发射极电流为：
下表将 1mA 和 1.38mA 的运动结果与前面的例子进行了比较。
β=100, β=300 的发射极电流比较。
下图中重复了发射极偏置方程，其中包括了内部发射极电阻以获得更好的精度。内部发射极电阻是包含在晶体管封装内的发射极电路中的电阻。当（外部）发射极电阻 RE 很小，甚至为零时，该内部电阻 rEE 很重要。内阻REE的值是发射极电流IE的函数，见下表。
rEE 的推导
rEE =KT/IEm 其中：K=1.38×10 -23 瓦特秒/ o C，玻尔兹曼常数 T =开尔文温度 ≅300。 IE =发射极电流 m =硅 rEE 从 1 到 2 变化 ≅ 0.026V/IE =26mV/IE
作为参考，26mV 近似值列在下图中的等式 rEE 中。
包含内部发射极电阻 rEE 的发射极偏置方程。
上图中更准确的发射极偏置方程可以通过编写 KVL 方程推导出来。或者，从上图中的等式 IE 发射极偏置和 RB 发射极偏置开始，用 rEE+RE 代替 RE。结果分别是上图中的方程 IE EB 和 RB EB。
在包含 rEE 的情况下重做之前示例发射极偏置中的 RB 计算并比较结果。
计算中包含 rEE 导致基极电阻器 RB 的值较低，如下表所示。它低于标准值82k电阻，而不是高于它。
包含rEE对计算RB的影响
RE 旁路电容器
发射极偏置的一个问题是输出信号的很大一部分在发射极电阻 RE 上下降（下图）。发射极电阻两端的压降与基极串联，与输入信号极性相反。 （这类似于增益 <1 的普通集电极配置。）这种退化严重降低了从基极到集电极的增益。交流信号放大器的解决方案是用电容器绕过发射极电阻。这恢复了交流增益，因为电容器对于交流信号来说是短路的。直流发射极电流仍然在发射极电阻中发生退化，从而稳定直流电流。
需要 Cbypass 来防止 AC 增益降低。
旁路电容的值取决于要放大的最低频率。
对于无线电频率，Cbpass 会很小。对于扩展到 20Hz 的音频放大器来说，它会很大。旁路电容器的“经验法则”是电抗应为发射极电阻的 1/10 或更小。 电容器的设计应能适应被放大的最低频率。覆盖 20Hz 至 20kHz 的音频放大器的电容器为：
注意内部发射极电阻rEE没有被旁路电容旁路。
分压器偏差
稳定的发射极偏置需要一个低压基极偏置电源，如下图。基极电源 VBB 的替代方案是基于集电极电源 VCC 的分压器。
分压器偏置用分压器代替基础电池。
设计技术是首先制定发射极偏置设计，然后使用戴维宁定理将其转换为分压器偏置配置。 [TK1] 步骤如下图所示。绘制分压器而不分配值。将分隔器从底座上松开。 （晶体管的基极是负载。）应用戴维南定理得到单个戴维南等效电阻 Rth 和电压源 Vth。
戴维南定理将分压器转换为单电源 Vth 和电阻 Rth。
戴维南等效电阻是从负载点（箭头）到电池 (VCC) 降低到 0（接地）的电阻。换句话说，R1||R2。戴维南等效电压是开路电压（去除负载）。这种计算是通过分压比法进行的。 R1 是通过从 Rth 和 Vth 的方程对中消除 R2 获得的。 R1 的方程是根据已知量 Rth、Vth、Vcc。请注意，Rth 是 RB，即发射极偏置设计中的偏置电阻。 R2 的方程是根据 R1 和 Rth 计算的。
将之前的发射极偏置示例转换为分压器偏置。
发射极偏置示例转换为分压器偏置。
这些值之前是为发射极偏置示例选择或计算的
将 VCC 、VBB 、RB 替换为分压器偏置配置的 R1 和 R2。
R1 是标准值 220K。对应于 38.8k 的 R2 最接近的标准值为 39k。这并没有改变 IE 足以让我们计算它。 示例问题 1. 计算下图中共源共栅放大器的偏置电阻。 VB2 是共发射极级的偏置电压。 VB1 是 11.5 的相当高的电压，因为我们希望共基极级将发射极保持在 11.5-0.7=10.8V，大约 11V。 （考虑 RB1 两端的压降后为 10V。）也就是说，共基极级是负载，代替电阻器，用于共发射极级的集电极。我们需要 1mA 的发射极电流。
共源共栅放大器偏置。
2. 将共源共栅放大器的基极偏置电阻转换为由20V VCC驱动的分压器偏置电阻。
最终电路图显示在“实用模拟电路”一章“A 类共源共栅放大器”中。 . . ”级联，第 9 章。
评论：
- 见下图。
- 选择偏置电路配置
- 为预期应用选择 RC 和 IE。 RC 和 IE 的值通常应将集电极电压 VC 设置为 VCC 的 1/2。
- 计算基极电阻 RB 以实现所需的发射极电流。
- 如有必要，重新计算标准值电阻器的发射极电流 IE。
- 对于分压器偏置，首先进行发射极偏置计算，然后确定 R1 和 R2。
- 对于交流放大器，与 RE 并联的旁路电容器可提高交流增益。设置 XC≤0.10RE 为最低频率。
偏置方程总结。
相关工作表：
- A 类 BJT 放大器工作表
工业技术