电子技术——AB类输出阶的偏置

下面我们介绍两种AB类输出阶的偏置的方法。

使用二极管偏置

下图展示了电流源 $I$ 加两个二极管的偏置方法：

因为输出阶需要大功率输出，因此输出推挽三极管可能是几何体积比较大的晶体管。对于二极管来说，并不需要制作很大，因此偏置电流存在关系 $I_Q=nI$ ，这里的 $n$ 是偏置二极管和推挽三极管的结面积之比。在IC中我们可以轻松控制结面积之比，但是在分立电路来说是比较困难的。

当使用电流源作为偏置电源的时候，需要注意基极最大电流 $i_L/{\beta }_N$ 不能超过 $I$ 。因为 $n=I_Q/I$ 因为 $I_Q$ 远小于最大负载电流，因此 $n$ 不能做的太小，也就是说，偏置二极管的面积不能太小，这也是二极管偏置的缺点。

从上面的讨论我们看出，当负载电流增大的时候，此时通过二极管偏置的电流就会减小，最终会导致 $V_{BB}$ 减小，会影响AB类输出阶。如果必要，则需要考虑 $V_{BB}$ 减小带来的效应。

二极管偏置有一个优点就是为AB类输出阶的静态点偏置提供了温度稳定性。回忆一下AB类输出阶存在静态耗散功率，此时会引起结温增加，之前我们学过在集电极电流不变的情况下三极管的 $V_{BE}$ 会随着温度的增加而降低。换句话说，当 $V_{BE}$ 不变的情况下，若此时温度增加则集电极电流会增加，进而会导致耗散功率的继续增加，这是一个正反馈过程我们称为 热失控 。若不加以控制，则会导致三极管的损坏。

二极管偏置提供了温度补偿功能来控制热失控。当偏置二极管和三极管靠的比较进的时候，此时三极管和二极管的结温可以近似的看着是相等，当温度上升而偏置电流不变的情况下，此时 $V_{BB}$ 就会减小，导致 $V_{BEN}$ 和 $V_{EBP}$ 减小，将 $I_Q$ 维持在固定的值上。温度关联可以在IC中很方便的实现。在分立电路中可以让二极管和三极管共用一张导热金属片。最后，热失控不会发生在MOS的情形下。

使用 $V_{BE}$ 乘因子

另外一种对于IC和分立都很灵活的偏置方法如下图的电路：

若我们忽略 $Q_1$ 的基极电流，我们知道：

$$I_R=\frac{V_{BE1}}{R_1}$$

则偏置电压为：

$$V_{BB}=I_R(R_1+R_2)=V_{BE1}(1+\frac{R_2}{R_1})$$

我们可以调节因子 $\frac{R_2}{R_1}$ 来获得想要的偏置电压。在IC中可以设计很精确的电阻比值，在分立电路中，我们可以使用变阻器：

$V_{BE1}$ 的值可以由下面的方程决定：

$$I_{C1}=I-I_R$$

$$V_{BE1}=V_T\ln \frac{I_{C1}}{I_{S1}}$$

除此之外，当 $Q_N$ 的基极电流增大的时候，此时会减小 $I_{C1}$ 的值，但是 $V_{BE1}$ 的减小幅度要比 $I_{C1}$ 小很多，因此仍然可以保证一个恒定的压降。

尤其是 $R_1=R_2$ 并且 $Q_1$ 温度关联与推挽晶体管的时候，这种方法仍然可以控制热失控现象。