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場效應管偏置電路-場效應管偏置電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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什么是偏置電路

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)。這些外部電路就稱為偏置電路。

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,可以認為基極電位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↓是由晶體三極管電流放大原理 Ic =β×Ib (β表示三極管的放大倍數) 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減小導致三極管工作范圍變窄,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。

場效應管偏置電路

場效應管偏置電路為了使放大電路正常地工作能把輸入信號不失真地加以放大,必須有一個合適而穩定的靜態工作點為放大電路提供直流電流和直流電壓的電路.叫做直流(靜態)偏置電路,簡稱偏置電路由于各種電子電路對偏置電路有不同的要求,所以在實際電路中加設的偏置電路也有所不同。下面介紹幾種常見的偏置電路。

1.固定偏直電路

固定偏置電路如圖15-11 所示,它是共發射極放大電路。當EC和RB一經確定,就能得到一個固定的基極電流lB和集電極電流IC, 所以把這種電路叫做固定偏置電路。電路中的EC、IC、RC、β 和ICEO 等參數.一般都是預先根據需要而確定好的。計算基極電流(又稱偏置電流)IB 和基極電阻(偏流電阻)RB時,可利用以下公式:

場效應管偏置電路"

從上式可以求出IC和RB的值。但在實際應用中,往往還要調整RB,以得到較精確的IC。調整方法是:選擇一個合適的電位器和電阻.串接后接在RB 的位置,斷開RC和EC 的連接.串入一個電流在、調節電位器的阻值.使電流表指示達到預定的IC值。由于半導體三極管的特性受植度的影響較大.當溫度變化升高時,三極管的穿透電流lCEP顯著增加,而IC又與ICEO 有關,所以IC也隨之增加.從而會引起工作點的變動可以看出,固定偏置電路只是提供一個固定偏流lB的電路,它無法起到穩定工作點的作用。它的優點是電路結構簡單,使用的元件少.可以用在不要求有穩定的靜態工作點的電路中。

場效應管偏置電路

2. 電壓負反饋偏直電路

電壓負反饋偏置電路如圖15-12 所示。它和固定偏置電路的不同之處,是將偏流電阻RB接在了三極管集電極上。此時電路中各參數有以下的關系:

場效應管偏置電路

從上面過程可以看出,隨溫度的升高, IC的變化被拉了回來.達到了穩定靜態工作點的作用。要想這種電路效果好,就要使RC足夠大,這樣才能引起UCE 的足夠變化,加深電壓負反饋的作用。所以這種電路不適用于用變壓器作負載的電路。偏流電阻RB一般取值為(2~10)RC。

3. 電流負反饋偏直電路

電流負反饋偏置電路如圖15-13 所示。它和固定偏置電路的不同之處是.在半導三極管的發射極上串接了一個電阻RE 。此時電路各參數有以下的關系:

場效應管偏置電路

由于EC電源相對不變,若IERE 增加,必然引起UBE下降,從而造成IB的下降。電路穩定靜態工作點的過程可以寫成以下形式:

場效應管偏置電路

4. 分壓式電流負反饋偏直電路

這是一種常用的偏置電路,它的典型電路如圖15-14 所示。在這個電路中,除三極管發射極上接有RE外,同時在基極上還接有RB1和RB2 , 它們分別接在電源EC的兩端。

場效應管偏置電路

分壓式電流負反饋偏置電路有兩種穩定作用:

①通過基極電阻RB1和RB2 的分壓,以下關系成立:

場效應管偏置電路

上式說明基極電壓UB只受EC·RB1和RB2 的影響,只要這三個參數確定,則UB 就可保持穩定。

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:

場效應管偏置電路

場效應管偏置電路的作用

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。對于輸入級,通常要求提供一個比較?。ㄒ话銥槲布墸┑钠秒娏?,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。

場效應管偏置電路

然后在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。由于UBE1=UBE2,而VT1和VT2是做在同一硅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,因此可以認為

場效應管偏置電路

(2)由于輸出恒流IC2和基準電流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。

場效應管偏置電路

由于VT1、VT2是做在同一硅片上的兩個相鄰的三極管,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

場效應管偏置電路

(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,因此不適用于直流電源在大范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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