為了製作高頻放大器,在共射極配置中所用的雙極型電晶體,有時是在假設增益電晶體的集射極電壓(Vce)和集電極電流(Ic)為特定值的情況下,由其小訊號特性所界定。因此,在設計電路時需要同時產生這兩種條件並具有相當好的精準度,這對傳統的偏置電路而言可能是一個挑戰。

在傳統電路中,為了將電晶體的集射極電壓(Vce)和集電極電流(Ic)值可靠地設置為想要的數值,需要一個電阻與發射極串聯並接地,然後考慮訊號增益,可能還需要在該電阻兩端並聯放置一個旁路電容。

無論有或沒有旁路電容,發射極可能都不是真正處於訊號接地,因為這兩個元件都表現出阻抗性,在期望的工作頻率範圍內,某些頻率點可能存在自諧振。RF電晶體具有比較好的小訊號性能,因為其發射極是真正接地的。由於發射極的「搗亂」,RF電晶體有時可能會表現出完全不同的小訊號特性,如圖1所示。

20190221TA31P1 圖1 傳統的偏置電路。

解決此問題的一種方法是使用主動偏置控制,如圖2所示。

20190221TA31P2 圖2 主動偏置電路。

利用主動偏置,增益電晶體的集射極電壓(Vce)等於軌電壓減去基極-發射極電壓(Vbe),增益電晶體的Ic幾乎與Vbe除以分流電阻R1所得結果相等,如圖2所示。

現在,增益電晶體的發射極可以按照小訊號參數定義的要求正確接地,而偏置條件也是可預測和穩定的。

主動偏置配置的SPICE模擬如圖3所示。

20190221TA31P3 圖3 主動偏置的SPICE模擬。

PN2222並不是真正的超高頻電晶體,但它可以在模擬器中使用,圖3中很好地展示了這一點。如果你的SPICE模擬器有一個真正快速的射頻電晶體模型,應該非常好用。

20190221TA31P4 圖4 具主動偏置控制的接地發射極。

(參考原文: Active bias control,by John Dunn)