📜  反馈与补偿

📅  最后修改于: 2020-11-22 17:44:51             🧑  作者: Mango


偏置网络的基本目的是在电路的工作点上建立集电极-基极-发射极之间的电压和电流关系(工作点也称为静态点,Q点,无信号点,空闲点,或静态点)。由于晶体管很少在此Q点工作,因此基本偏置网络通常用作设计的参考或起点。

根据动态电路条件(所需的输出电压摆幅,预期的输入信号电平等)选择实际的电路配置,尤其是偏置网络值。一旦建立了所需的工作点,则偏置网络的下一个函数是在这一点上稳定放大器电路。基本偏置网络必须在温度和电源变化以及可能需要更换晶体管的情况下保持所需的电流关系。

在某些情况下,频率变化和由组件引起的变化也必须由偏置网络抵消。该过程通常称为偏置稳定化。适当的偏置稳定度将使放大器电路保持在所需的工作点(在实际极限内),并防止热失控。

稳定系数“ S”

它定义为集电极电流wrt反向饱和电流的变化率,保持β和V BE恒定。表示为

$$ S = \ frac {\ mathrm {d} I_c} {\ mathrm {d} I_c} $$

偏置稳定方法

使工作点与温度变化或晶体管参数变化无关的方法被称为稳定化。有几种提供固态放大器偏置稳定的方案。所有这些计划都带有某种形式的负面反馈。也就是说,晶体管电流中的任何阶段都会产生相应的电压或电流变化,从而倾向于抵消初始变化。

产生负反馈有两种基本方法,逆电压反馈和逆电流反馈。

反电压反馈

下图显示了基本的反偏压网络。发射极-基极结被R 1和R 2结处的电压正向偏置。基极-集电极结被集电极和基极之间的电压差反向偏置。

反向电压反馈

通常,电阻耦合放大器的集电极的电压约为连接在集电极和基极之间的电源电阻(R 3 )的一半。由于集电极电压为正,该电压的一部分被反馈至基极以支持正向偏置。

发射极-基极结的法向(或Q点)正向偏置是发射极-基极之间所有电压的结果。随着集电极电流的增加,R L两端将产生更大的电压降。结果,集电极上的电压降低,从而减小了通过R 3反馈至基极的电压。这样可以减小发射极-基极的正向偏压,从而减小发射极电流并将集电极电流降至其正常值。当集电极电流最初减小时,会发生相反的作用,并且集电极电流会升高到其正常(Q点)值。

放大器中任何形式的负反馈或逆反馈都倾向于抵抗所有变化,即使是被放大的信号所产生的变化也是如此。这种反向或负反馈趋于减少和稳定增益以及不希望的变化。这种通过反馈稳定增益的原理或多或少地用于所有类型的放大器中。

逆电流反馈

下图显示了使用NPN晶体管的独特反向电流(发射极-反馈)偏置网络。在固态放大器中,电流反馈比电压反馈更常用。这是因为晶体管主要是电流驱动的器件,而不是电压驱动的器件。

任何偏置电路中发射极-反馈电阻的使用可总结如下:基极电流取决于基极和发射极之间的电压差。如果降低差分电压,则将流过更少的基极电流。

发射器反馈

当差异增加时,情况正好相反。所有电流流过集电极。发射极电阻两端的电压下降,因此不完全相关。随着集电极电流的增加,发射极电流和发射极电阻两端的电压降也将增加。该负反馈趋于减小基极和发射极之间的差异,从而降低基极电流。反过来,较低的基极电流会减小集电极电流,并抵消初始集电极电流的增加。

偏置补偿

在固态放大器中,当信号增益的损失在特定应用中无法忍受时,通常使用补偿技术来减少工作点的漂移。为了提供最大的偏置和热稳定性,可以同时使用补偿和稳定方法。

下图显示了利用二极管补偿和自偏置稳定功能的二极管补偿技术。如果二极管和晶体管的类型相同,则它们在电路上的温度系数相同。此处,二极管为正向偏置。给定电路的KVL可以表示为-

$$ I_c = \ frac {\ beta [V-(V_ {BE}-V_o)] +(Rb + Rc)(\ beta + 1)ICO} {Rb + Rc(1 + \ beta)} $$

从上面的等式可以清楚地看出,$ V_ {BE} $遵循温度,并且IC对$ V_ {BE} $的变化没有影响。由于$ V_ {BE} $的变化,这是一种有效的方法来照顾晶体管的工作点。

偏置补偿

温度补偿装置

我们还可以使用一些对温度敏感的设备来补偿晶体管内部特性的变化。热敏电阻的温度系数为负,这意味着随着温度的升高,其电阻呈指数下降。下图显示了一个电路,该电路使用热敏电阻(R T )来减少由于$ V_ {BE} $,ICO或β随着温度的变化而引起的集电极电流的增加。

补偿热敏电阻

当温度升高时,R T减小,通过R T馈入R E的电流增加。 R E两端的作用电压降沿相反方向,以反向偏置晶体管。 R T的作用是倾向于补偿由于温度上升而增加的IC的增加。