偏置電路的定義和作用以及工作原理

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偏置電路的定義和作用以及工作原理

發表於 2017-05-11 09:54:10

  　偏置電路定義

　　電晶體構成的放大器要做到不失真地將信號電壓放大，就必須保證電晶體的發射結正偏、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電晶體的基極、發射極和集電極處於所要求的電位（可根據計算獲得）。這些外部電路就稱為偏置電路。

　 偏置電路工作原理

　　穩定靜態工作點原理：由於流過發射極偏置電阻（Re）的電流IR遠大於基極的電流Ib（Ie》》Ib），因此，可以認為基極電位Vb只取決於分壓電阻Re的阻值大小，與三極體參數無關，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↑是由並聯電路電流方程 Ie = Ib+Ic得出，Ie↑→Vbe↓是由串聯電路電壓方程Vbe= Vb－Ie×Re得出，Ib↓→Ic↓是由晶體三極體電流放大原理 Ic =β×Ib （β表示三極體的放大倍數） 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減小導致三極體工作範圍變窄，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值為幾百歐到幾千歐；大電流工作時，Re為幾歐到幾十歐。

     偏置電路的作用

　　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。對於輸入級，通常要求提供一個比較小（一般為微安級）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：

　　鏡像電流源也稱為電流鏡（Current Mirror），在集成運放中應用十分廣泛，它的電路如下圖所示。

　　電源VCC通過電阻R和VT1，產生一個基準電流IREF，由圖可得
    

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

　　（2）

　　由於輸出恆流IC2和基準電流IREF相等，它們之間如同是鏡像的關係，所以這種恆流源電路稱為鏡像電流源。

　　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。

       

　　由於VT1、VT2是做在同一矽片上的兩個相鄰的三極體，因此可以認為UBE1≈IE2R2，則

　　IE1R1≈IE2R2

　　如果兩管的基極電流可以忽略，由上式可得
     

　　（3）

　　可見兩個三極體的集電極電流之比近似與發射極電阻的阻值成反比，故稱為比例電流源。

　　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，因此不適用於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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