如果您是工科学生或工程师，您可能了解晶体管以及它们在现代电子产品中的重要性。
但是你有没有想过碱基偏差对这些设备的工作情况有多重要？基极偏置是施加到晶体管的多数载流子触点的直流电压。
它对于控制通过设备的电流至关重要。
没有正确的基极偏置，晶体管就无法正常工作，这会导致奇怪的行为甚至失效。
在这篇博文中，我将讨论什么是基极偏置以及为什么它对晶体管的工作方式如此重要。
无论您是一位经验丰富的工程师还是刚刚进入电子领域，您都需要了解基础偏见才能做好。
因此，让我们一起深入了解碱基偏差的迷人世界。
了解基极偏置及其在晶体管中的作用
正式定义：
施加到晶体管的多数载流子触点（基极）的直流电压。
基准偏置法
偏置晶体管电路中的双极结型晶体管 (BJT) 使用基极偏置简单易行。
此方法可确保将正确的基极电压 VBB 发送至基极，然后将正确的基极电流发送至 BJT，以便其开启。
在“固定基极偏置电路”中，基极偏置电阻RB连接在基极和基极电池VBB之间。
这确保晶体管的基极电流对于给定的 VCC 值保持不变。
获得零信号基极电流的方法
有几种方法可以获得所需的零信号基极电流 IB，例如从集电极偏置到基极、使用集电极反馈电阻偏置或使用分压器偏置。
查看此电路的线性区域时，表明直流对其有直接影响。
通过将基尔霍夫电压定律应用于基极电路，我们可以得到一个显示 IB 和 VBB 之间关系的方程式。
如果你知道 VBB 和 RB，你可以使用这个等式来计算 IB。
偏置电阻的用途
偏置电阻器保持足够的电流流入基极，以便 BJT 晶体管既不会过载也不会关闭。
偏置电阻器使晶体管保持在某个工作点或直流偏移。
一些 BJT 具有内部偏置电阻以减少设计中的部件数量，但需要外部偏置电阻来打开和关闭 BJT。
偏置电阻内置晶体管 (BRT) 是一种双极型晶体管，内置基极电阻和基射极电阻。
通过将这些电阻器内置到晶体管中，BRT 减少了所需外部部件的数量，并使设置分立电路变得更加容易。
晶体管偏置
晶体管偏置是给晶体管一个直流电压，使发射极-基极结正向偏置，集电极-基极结反向偏置的过程。
这使晶体管保持在其有源区，以便它可以用作放大器。
以正确的方式使用耦合和旁路电容器将有助于阻止任何偏置电流流入或流出晶体管的基极。
晶体管的偏置使其能够以模拟和数字方式工作。
如果没有偏置，BJT 放大器就无法向负载端子发送适量的功率。
偏置对放大器性能的影响
基极的设置方式会影响晶体管放大器的工作情况。
“A 类偏置”是设置放大器以使工作点位于晶体管特性曲线直线部分的中间的过程。
A 类放大器通过在晶体管的基极-发射极结上施加直流电压来进行偏置，因此它们的无信号（静态）工作点位于晶体管行为的线性部分。
晶体管偏置电压的最佳值是交流输出峰值电压的两倍。
如果改变晶体管的偏置电压，Q 点也会移动。
彻底改变您的电子产品：利用基极偏置的力量
还是很难理解？让我稍微改变一下观点：
您是否厌倦了您的晶体管总是坏掉，因为它们的行为很奇怪并且无法正常工作？看看碱基偏差的力量有多么惊人。
是的，在晶体管的多数载流子触点上施加直流电压可以区分平稳、可靠的运行和剧烈熔毁。
那么，为什么不放弃谨慎，跳入碱基偏见的狂野世界呢？
好吧，那只是一个看起来像电视广告的笑话。
现在让我们回到解释。
影响碱基偏差的因素
温度对基极偏置的影响
温度会改变基极-发射极电压 (VBE) 和集电极-基极反向饱和电流。
这会改变基极偏置电路 (ICBO) 的 Q 点。
随着温度升高，VBE 以 2.5 mV/ 的速率下降，而 ICBO 上升。
这使得基极电流 IB 上升，迫使 IC 发生变化，从而移动电路的 Q 点。
为防止热失控发生，必须采取措施确保偏置对 hFE 扩散稳定。
与分压器偏置相比，基极偏置和集电极到基极偏置受 VBE 变化的影响较小。
这使得基极偏置和集电极到基极偏置成为需要在不同温度下保持稳定的电路的更好选择。
当双极晶体管的 Q 点接近其工作范围的中间时，它受温度变化的影响较小。
计算基极电阻电压
欧姆定律和基尔霍夫电压定律用于计算具有固定基极偏置的电路中基极电阻的电压是多少。
偏置晶体管的最简单方法是使用固定基极偏置电路。
在这个电路中，基极偏置在晶体管工作时保持不变。
要设置此电路，您需要在基极和基极电池 VBB 或其他恒压源之间连接一个基极偏置电阻。
如果我们有一个 =100 的晶体管并希望获得 1mA 的发射极电流，我们可以使用欧姆定律和基尔霍夫电压定律来计算基极偏置电阻需要多大。
首先，我们必须找出什么是VBB。
我们可以使用基尔霍夫电压定律写成：VCC = IB * RB + VBE。
由于IB大致等于IE/，其中IE是发射极电流，是三极管的直流增益，VBE对于硅三极管来说约为0.7V，我们可以写成：VBB = VCC - (IE/)*RB - 0.7五、
RB = (VCC - VBB - 0.7V)/(IE/) 是求解 RB 时得到的结果。
您还可以使用在线计算器，例如 Omni Calculator 的晶体管偏置计算器。
该计算器仅适用于双极结型晶体管 (BJT)，它提供了不同的偏置设置方式，例如固定基极偏置、集电极反馈偏置、发射极反馈偏置和分压器偏置。
要将此计算器用于固定基极偏置方法，您可以输入已知值，例如电源电压 (VCC)、所需的集电极电流 (IC)、DC 增益 () 和饱和电压 (VCEsat)。
该计算器将为您提供发射极电流 (IE)、集电极电阻 (RC)、发射极电阻 (RE) 和基极电阻 (RB) 等结果。
为晶体管提供偏置的方法
有许多不同的方法可以为晶体管提供偏置。
其中包括：
- 基极偏置或“固定电流偏置”不是一个很好的方法，因为晶体管工作时偏置电压和电流不会保持不变。
- 带发射极反馈的基极偏置：即使电阻随温度变化而变化，这种方法也能保持直流工作点稳定。
- Base Bias with Collector Feedback：这种方法的名称来源于这样一个事实，即由于 RB 基于收集器，因此存在负反馈效应，使其比单独使用 base bias 更稳定。
- 集电极到基极偏置：在这种方法中，偏置电压被置于晶体管的集电极和基极之间。
这种方法提供稳定的偏置电压，可用于需要温度稳定的电路中。
- 分压器偏置：在这种方法中，基极电压由两个电阻组成的分压器网络设置。
基础偏置的高级技术
基极偏置是使双极晶体管在其线性区域工作的重要方式，这是放大所必需的。
但基极偏置电路对温度和晶体管参数的变化很敏感，这会导致集电极电流发生难以预测的变化。
为了更好地改善碱基偏差，人们想出了其他方法来使其更加稳定和可预测。
在本文中，我们将讨论用于基极偏置的高级技术，例如发射极反馈偏置、发射极偏置、分压器偏置以及用于混合和倍增信号的公共基极偏置。
发射极反馈偏置
发射极反馈偏置是一种设置晶体管的方法，它使用发射极反馈和基极-集电极反馈来保持集电极电流稳定。
在这种方法中，发射极电阻被添加到基极偏置电路。
这通过产生负反馈使基极偏置更可预测，负反馈抵消了基极电压变化引起的集电极电流的任何变化。
发射极反馈偏置优于基极偏置，因为它使基极偏置更稳定并且对温度和晶体管参数的变化更不敏感。
此方法通过使用来自发射极电阻器的负反馈来实现，这使得这些变化不太明显。
发射极偏置
即使温度发生变化，发射极偏置也非常稳定，并且它同时使用正电源电压和负电源电压。
在共发射极 BJT 晶体管中，发射极接地，因此输入电压是在基极相对于地（发射极）测量的，输出电压是在集电极相对于地（集电极）测量的（发射器）。
通过确保晶体管的基极始终正确偏置，发射极偏置可以使放大器有源区的 Q 点更加稳定。
它比基础偏差更好，因为它使偏差保持稳定。
分压器偏置
基极偏置电路不如分压器偏置电路稳定。
与集电极电压无关的基极电压由该电路中的分压网络设置。
这使得集电极电压和晶体管参数的变化对偏置点的影响较小。
大多数时候，分压器的输出阻抗远高于基极偏置电路的输出阻抗。
这使得分压器更稳定。
基础偏差
与分压器偏置电路相比，基极偏置电路更容易制造且零件更少，但稳定性较差。
基极偏置电压与集电极电压直接相关。
如果三极管的集电极电压或参数发生变化，基极偏置电压也会发生变化，使电路不稳定。
用于信号混合和倍增的公共基础偏差
为了在公共基极电路中混合和倍增信号，需要为二极管等非线性元件或晶体管或 FET 等有源器件提供适当的偏置量。
当两个信号通过非线性元件发送时会发生这种情况。
在原始信号的和频和差频处，在新频率上产生两个新信号。
使用带有旁路电容器的发射极偏置配置是设置用于混合和乘法的公共基极电路的一种方法。
带有旁路电容器的分压器偏置配置是另一种方法。
简而言之，通过使用新技术，碱基偏差变得更加稳定和可预测。
即使温度和晶体管参数发生变化，发射极反馈偏置和发射极偏置也能使偏置保持非常稳定。
基极偏置不如分压器偏置稳定，基极偏置用于混合和倍增信号。
基极-集电极结和基极-发射极压降
在双极结型晶体管中，基极和集电极之间的结总是反向偏置。
这意味着可以在结断开之前将高反向偏置电压施加到结上。
反向偏置电压充当基极少数载流子的正向偏置，加速它们通过基极-集电极结并进入集电极区。
当发射极-基极结和集电极-基极结都是正向偏置时，电流从发射极流向集电极。
这让晶体管完成它的工作。
在这种称为饱和的状态下，两个结都正向偏置，基极和发射极之间的电压对于硅晶体管至少为 0.7V，对于锗晶体管至少为 0.3V。
基射结偏置
基极-发射极结上的正向偏置压降通过降低发射极-基极结的势垒影响晶体管的工作方式。
这让更多的载流子到达集电极并增加从发射极到集电极并通过外部电路的电流。
对于用作放大器的晶体管，它的每个结都必须由来自晶体管外部的电压改变。
位于发射极和基极之间的第一个 PN 结正向偏置。
第二个 PN 结位于基极和集电极之间，偏置方向相反。
要开启晶体管，从基极到发射极的正向压降 (VBE) 必须大于零，通常约为 0.6V。
为了使晶体管工作，基极-发射极二极管必须正向偏置。
当VBE高于0.6V时，三极管工作在有源模式，升压信号。
另一方面，当 VBE 小于 0.6V 时，晶体管处于称为“截止模式”的状态，其中没有电流流过它们。
对于处于反向激活模式的晶体管，发射极电压必须高于基极电压，而基极电压必须高于集电极电压。
基础偏置技术
可以使用不同的基极偏置方法（例如发射极反馈偏置和分压器偏置）来稳定集电极电流并使其更易于预测。
通过使用发射极和基极-集电极反馈，集电极电流在发射极反馈偏置下保持稳定。
将发射极电阻添加到基极偏置电路后，温度变化和晶体管参数的影响就会减弱。
这使得发射极反馈偏置比单独的基极偏置更稳定。
分压器偏置使用分压器网络设置基极电压，该电压独立于集电极电压并提供高偏置稳定性。
这种设置比基极偏置更稳定，因为它不使用可能导致问题的第二个电源。
晶体管的电流增益 e 等于集电极电流除以基极电流。
这意味着少量的基极电流可以控制更大的集电极电流，这是晶体管工作原理的基础。
为了使集电极电流流动，晶体管的所有三个部分都必须正向偏置。
这意味着必须将电流驱动到基极才能进行传导。
当正向偏置电压升高时，晶体管的集电极电流升高。
基极集电极电压限制
在发射极偏置停止工作之前，基极-集电极电压可以达到多高取决于所使用的晶体管及其规格。
大多数时候，制造商会列出晶体管的最大基极-集电极电压 (Vbc) 额定值。
这个额定值可以从几伏到几百伏不等。
当基极和集电极之间的电压超过最大额定值时，晶体管可能会击穿并可能永久损坏。
但即使基极-集电极电压高于最大额定值，发射极偏压仍能在晶体管的安全工作范围内工作。
碱基偏差的计算与分析
计算基极偏置的负载电阻
在 BJT 基极电阻偏置电路中，负载电阻可以使用公式 RL = (V CC - V BE) / IE 计算，其中 V CC 是电源电压，V BE 是基极-发射极两端的电压结，IE 是发射极电流。
该公式有助于计算出一定量的发射极电流需要多少个偏置电阻。
分压器偏置配置
使用戴维南定理，您可以找到分压器的偏置配置。
在这种方法中，两个电阻串联在电源和地之间，一个电阻连接到晶体管的基极。
在此设置中，负载电阻通常是电路的下一部分或电流源。
偏置电阻可以使用公式 R1 = (V CC - V BE) * R2 / V BE 计算，其中 R1 是基极和分压器之间的电阻，R2 是分压器中的另一个电阻，V BE是基极-发射极结两端的电压（硅晶体管通常约为 0.6-0.7V）。
集电极反馈偏置配置
在集电极反馈偏置配置中，通过在晶体管的集电极和基极之间放置一个电阻来设置发射极电流。
这种方式提供反馈并保持偏置点稳定。
欧姆定律可用于计算负载电阻，集电极电阻两端的压降可用于计算集电极电压。
请记住，还有其他方法可以偏置 BJT 电路，您选择的方法将取决于电路的需要。
集电极反馈偏置电路
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用例
| 用于： | 描述： |
|---|---|
| 放大器： | 在放大器电路中，基极偏置用于设置 Q 点，即晶体管工作的电平。通过改变偏置电压，工程师可以控制放大系数并确保输出的信号保持在他们想要的范围内。 |
| 开启和关闭： | 在开关电路中，晶体管用于打开和关闭电信号，基极偏置也非常重要。在这种情况下，偏置电压控制开启晶体管所需的阈值电压。这使电路在打开和关闭之间切换。 |
| 动力来源： | 在电源电路中，基极偏置用于确保输出电压保持稳定并处于正确的范围内。通过将偏置电压设置为一定水平，工程师可以控制流过器件的电流量并阻止电压上升和下降。 |
| 振荡器： | 在振荡器电路中，基极偏置用于将设备的频率保持在正确的水平。工程师可以通过改变偏置电压来确保振荡器产生稳定的波形。 |
| 传感器电路： | 在传感器电路中，晶体管用于检测电压或电流的变化，也可以使用基极偏置。工程师可以通过将偏置电压设置为特定水平来控制传感器的灵敏度和准确度。这让传感器可以接收到输入信号中的微小变化。 |
结论
最后，基极偏置是晶体管工作方式的重要组成部分，不容忽视。
适当的基极偏置对于可靠的性能很重要，因为它控制电流并保持设备稳定。
但同样重要的是要考虑基极偏置对一般电子产品意味着什么。
随着我们的世界越来越依赖技术，我们需要仔细考虑如何设计和使用这些设备，以将它们对环境和社区的影响降至最低。
通过在我们的设计和生产过程中使用碱基偏差的想法，我们可以制造出不仅有用而且对环境友好且对社会有益的电子产品。
作为工程师和技术人员，我们的工作是思考我们的工作如何影响每个人，而基本偏见只是其中的一小部分。
因此，让我们在牢记大局的同时不断突破可能的极限。
链接和参考
晶体管偏置和输出偏置电压：
https://resources.pcb.cadence.com/blog/2020-transistor-biasing-and-output-bias-voltages
双极晶体管偏置：
https://en.wikipedia.org/wiki/Bipolar_transistor_biasing
固态器件第 18 讲：
https://engineering.purdue.edu/~ee606/downloads/ECE606_f12_Lecture18.pdf
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