運放為什么需要偏置電路?
因為運放也是三極管構成的,三極管要實現放大就要工作在一定的基極直流電壓和集電極直流電壓下,這就是偏置。
因為當運放做放大器應用時:
使輸入為零,但是輸出不為零的情況下。
就需要在運放的調整端加一個電位器和+VCC或-VEE相連作調整(datasheet里面有相應電路),調整電位器使輸入為零時,輸出也為零。相應的電壓和電流呢,就叫做偏置電壓和偏置電流。
我們為什么需要偏置電路?
實際放大電路的信號不需要直流電壓成分
在實際的放大電路中,由于需要放大的信號不包括直流成分,晶體管放大電路所放大的僅僅是交流信號部分。頻率大約在數十赫茲以上的交流信號能夠通過放大電路就可以了。因此在電路中,為了濾除直流成分,常常在輸入端連接一個電容。
各級放大電路的輸入、輸出的直流電壓幅度不同
以上圖中對放大電路進行說明所使用的是npn型晶體管。pnp型晶體管電路的電源電壓VPS(V)和電流I(A)的方向,與此圖完全相反。
當采用多級晶體管放大電路連接時,各級放大電路的輸入、輸出以及晶體管工作的直流電壓有所不同。
此時,如果通過負載電阻RL(Ω)直接將交流電壓VIN(V)放大的部分輸出到下一級晶體管放大電路的話,集電極的直流電壓也會通過負載電阻RL加到下一級放大電路的輸入端,就不能實現正常的放大功能。
為使電路正常工作采用電容隔離放大電路間的直流成分
為了使各級晶體管放大電路實現正確的電壓放大功能,即在放大電路和負載電阻之間只進行交流信號的傳遞,在電路中加入CIN(F)和COUT(F),以隔離各個晶體管放大電路的直流電壓成分,使其無法在電路中通過。
為了讓晶體管正常工作,需要為其提供偏置電壓
由于放大電路之間的電容CIN隔離了信號中的直流成分,要使晶體管放大電路正常工作,就需要保證基極、發射極以及集電極之間處于正確的電壓關系。為此,在晶體管放大電路中加入偏置電路,為晶體管提供正常工作所需要的偏置電壓。
如等效電路那樣,基極與發射極之間被等效為一個二極管。要使該二極管導通,就需要提供一個適當大小的基極電流IB(A)。
通過電阻產生偏置電壓的“偏置電路”
為了獲得晶體管正常工作所需要的正確的電壓關系,通過電阻實現與直流電壓源VBIAS相當的電壓。
為了晶體管能正常工作,通過在放大電路中加入一個普通的電阻R1(Ω),引入直流電源電壓VPS,給晶體管提供基極電壓和基極電流IB。這就是在晶體管電路之外又加入的“偏置電路”。
多級放大電路中的電容CIN,隔離了各級放大電路塊間的直流電壓,使得各級電路中的晶體管均能夠按照各自的“正確的電壓關系”正常工作。這樣的電路被稱為CR(Capacitor-Resistor)連接方式放大電路。
為了使各級電路的晶體管均能正常工作,就需要為各級電路提供不同的電壓源,有了這樣的偏置電路,就解決了這個問題。圖中提供偏置電壓的電路是“固定偏置電路”,但也能在各級放大電路中(恰當地)使用。
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