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有源偏置控制

时间:2019-02-14 作者:John Dunn 阅读:
为了制作高频放大器,在共射极配置中所用的双极型晶体管,有时是在假定增益晶体管的集射极电压 (Vce) 和集电极电流 (Ic) 为特定值的情况下,由其小信号特性所界定的。因此,在设计电路时需要同时产生这两种条件并具有相当好的精度,这对传统的偏置电路而言可能是一个挑战。

为了制作高频放大器,在共射极配置中所用的双极型晶体管,有时是在假定增益晶体管的集射极电压 (Vce) 和集电极电流 (Ic) 为特定值的情况下,由其小信号特性所界定的。因此,在设计电路时需要同时产生这两种条件并具有相当好的精度,这对传统的偏置电路而言可能是一个挑战。

c0.jpg

图1:传统的偏置电路

在传统电路中,为了将晶体管的集射极电压(Vce)和集电极电流(Ic)值可靠地设置为我们想要的数值,需要一个电阻与发射极串联并接地,然后考虑信号增益,我们可能还需要在该电阻两端并联放置一个旁路电容。

无论有或没有旁路电容,发射极可能都不是真正处于信号接地,因为这两个元件都表现出阻抗性。在我们期望的工作频率范围内,某些频率点可能存在自谐振。RF晶体管具有比较好的小信号性能,因为其发射极是真正接地的。由于发射极的“捣乱”,RF晶体管有时可能会表现出完全不同的小信号特性,如图1所示。

解决此问题的一种方法是使用有源偏置控制,如图2所示。

c1.jpg

图2:有源偏置电路。

利用有源偏置,增益晶体管的集射极电压(Vce)等于轨电压减去基极-发射极电压(Vbe),增益晶体管的Ic几乎与Vbe除以分流电阻R1所得结果相等,如图2所示。

现在,增益晶体管的发射极可以按照小信号参数定义的要求正确接地,而偏置条件也是可预测和稳定的。

有源偏置配置的SPICE仿真如图3所示。

 c2.jpg

图3:有源偏置的SPICE仿真

PN2222并不是真正的超高频晶体管,但它可以在我的仿真器中使用,图中很好地展示了这一点。如果你的SPICE仿真器有一个真正快速的射频晶体管模型,应该非常好用。

c3.jpg

图4:带有源偏置控制的接地发射极。

本文为《电子技术设计》20192月刊杂志文章。

(原文刊登于ASPENCORE旗下EDN英文网站,参考链接:Active bias control。)

本文为EDN电子技术设计 原创文章,禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
John Dunn
John Dunn是资深电子顾问,毕业于布鲁克林理工学院(BSEE)和纽约大学(MSEE)。
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