精通 BJT 偏置：可靠放大的技巧、提示与故障排查

具有放大能力的电子电路，如果 BJT 经过偏置，可以更高效地工作。通常，此过程涉及向其端子施加外部电压，将器件切换到所需状态。许多电路设计通常采用电阻器来分配正确的输入电流和电压电平。不同的 BJT 偏置技术提供特定特性，而其他技术可防止热失控。实际上，这使它们在放大应用中非常有用。

本文将引导您了解 BJT 偏置基础及电路实现。让我们来看看！

什么是 BJT 偏置？

此图显示双极结型晶体管

来源：Wikimedia Commons

一般来说，晶体管偏置涉及向 BJT 的基极和发射极端子施加特定电压，提高其效率和性能。在这种情况下，该过程使晶体管能在晶体管电路中放大交流输入信号。因此，偏置 BJT 将发射极-基极结设为正向偏置状态。同时，基极-集电极结配置为反向偏置状态。因此，它将在有源区工作。

BJT 偏置将依赖电阻器分配正确的电压电平

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此外，集电极电阻的额定值应允许集电极-发射极电压超过锗晶体管的 0.5V 和硅晶体管的 1V。

Beta BJT

展示双极结型晶体管电流流动过程的图像

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Beta (β) 指器件基极电流与其集电极放大电平之间的整体灵敏度。它也可识别器件的增益。例如，如果 β 值匹配该值，晶体管的基极电流将放大 100 倍。当然，此因子是在双极结型晶体管以正向有源状态工作时产生的。

BJT 偏置电路

我们包含了一些用于放大目的的 BJT 偏置电路示例。

固定偏置

固定偏置电路图

如电路图所示，基极电阻 (R_B) 连接到 V_CC 和基极端子。在这种情况下，R_B 上的压降导致基极-发射极结设为正向偏置状态。以下公式确定 I_B 的值。

V_CC 和 V_BE 在固定偏置电路中具有固定值。同时，R_B 保持恒定。结果，I_B 也将具有连续值，导致有限的工作点。因此，由于其 β+1 稳定因子，这种偏置类型提供较差的热稳定性。

这是由于晶体管 β 参数的不可预测性。即使具有相似型号和晶体管类型，它也可能有很大差异。当 β 变化时，I_C 也会改变。因此，这种依赖 β 的偏置类型可能因晶体管属性和温度变化而经历工作点变化。

总体而言，固定基极偏置电路依赖极少组件，设计简洁。通过调整电路中的 R_B 值，用户可以改变有源区的工作点。此外，由于基极-发射极结没有电阻，信源没有负载。因此，该电路具有开关应用。

以下方程参考该电路的电压和电流：

集电极到基极偏置

电路图表示集电极到基极偏置设计

在此集电极到基极偏置设置中，两个电阻为晶体管的有源区提供直流偏置，无论 β 值如何。由于直流偏置来自集电极电压 (V_C)，它确保了极佳的稳定性。

基极偏置电阻 (R_B) 连接到晶体管的集电极 (C)，而不是电源电压轨 (V_CC)。集电极电流增加会导致集电极电压下降。结果，基极驱动减小，减少集电极电流。这确保晶体管的 Q 点保持固定。因此，集电极反馈偏置技术在晶体管周围产生负反馈。因为 R_B 从输出直接汲取输入，将其分配到输入端子。

负载电阻 (R_L) 上的压降产生偏置电压。因此，增加负载电流将导致负载电阻上出现显著压降。同时，它导致集电极电压下降。之后，基极电流 (I_B) 将下降，使 I_C 恢复到原始值。

降低集电极电流会产生相反反应。在这种情况下，这种偏置方法称为自偏置。总体而言，该设计为许多放大器项目提供了极佳的应用。

您可以在下面找到集电极到基极偏置的电路方程：

带发射极电阻的固定偏置

带发射极电阻的固定偏置电路图

电路图显示一个固定偏置网络，通过外部电阻 (R_E) 连接到晶体管的发射极。如果 V_BE 保持恒定而温度上升，发射极电流会增加。但是，增加的发射极电流 (I_E) 导致发射极电压 (V_E = I_ER_E) 增加，导致基极电阻 (R_B) 上的电压降低。

以下方程确定基极电阻上的电压。

同时，您可以通过以下公式确定基极电流：

这减小了基极电流，导致集电极电流减小，因为 IC 与 IB 匹配。公式 IC = α IE (α 等于 1) 定义集电极和发射极电流。结果，这抵消了发射极电流随温度的增加，确保稳定的工作点。用替代类型替换晶体管可能改变 I_C 值。使用与上述相同的技术将抵消任何变化，保持持久的工作点。因此，该偏置网络比固定基极偏置网络提供改进的支持。

总体而言，该电路使用此方程：

分压偏置或电位分压器

分压偏置电路图

如您所见，两个外部电阻 R₁ 和 R₂ 集成到此电路中以创建分压器。此设置允许跨 R₂ 产生的电压将晶体管的发射极结设为正向偏置状态。总体而言，流过 R₂ 的电流将是所需基极电流的十倍。

通常，这种偏置类型意味着 V_BE 和 β 的变化不会影响 I_C，从而提供最大热稳定性。温度升高将导致 IC 和 IE 增加。这导致更高的发射极电压，导致较低的基极-发射极电压。之后，这导致基极电流 (I_B) 减小，使 I_C 恢复到初始状态。

尽管放大器增益降低，但由于稳定性最大化，这种偏置电路具有广泛的应用。

该电路依赖以下公式：

发射极偏置

显示发射极偏置设计的电路图

如上所示，该电路依赖两个称为 V_CC 和 V_EE 的电源来运行。它们具有匹配但相反的极性。V_EE 将基极-发射极结设为正向偏置状态。同时，V_CC 将集电极-基极结设为反向偏置状态。

此外，I_C 可以依赖 R_E >> R_B/β 和 V_EE >> V_BE，而不是 V_BE 和 β。这样做可提供平衡的工作点。

总结

正如您所见，BJT 偏置确保晶体管在电路中正确工作，提供交流信号放大。它通过选择影响晶体管工作点的电阻器来实现这一点。此外，集电极结设为反向偏置状态，而发射极-基极设为正向偏置状态。当然，电路设计将完全取决于预期应用和您想要实现的目标。

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