? 偏置電路定義
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。
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。
? ? ?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
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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
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(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。
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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
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(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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