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電路設計中使用三極管需要注意的6個問題

技術中心

Technology

電路設計中使用三極管需要注意的6個問題

分類:
電源技術
作者:
廣州市愛浦電子科技有限公司
來源:
原創
發布時間:
2021/07/16
瀏覽量

按照現代的制造工藝來說,根據不同的摻雜方式在同一個硅片上制造出三個摻雜區域,并形成兩個PN結,由此就構成了一個晶體管。

晶體管最大的優點就是能夠放大信號,它是放大電路的核心元件,能夠控制能量的轉換,將輸入的任何微小變化量不失真地進行放大輸出。

以下是我們在電路設計中使用三極管時需要注意的幾個問題,還是老樣子——“看圖說話”:

(1)需注意旁路電容對電壓增益的影響:

這個電路在國內各種模擬電路教材書上是司空見慣的了,也算比較經典的了。由于這個旁路電容的存在,在不同頻率環境中會有不同的情況發生:

a、當輸入信號頻率足夠高時,XC將接近于零,即射極對地短路,此時共射的電壓增益為:        

b、當輸入信號頻率比較低時,XC將遠大于零,即相當于開路,此時共射的電壓增益為:        


由此可以看出,在使用三極管設計電路時需要掂量旁路電容對電壓增益帶來的影響。

(2)需注意三極管內部的結電容的影響:

由于半導體制造工藝的原因,三極管內部不可避免地會有一定容值的結電容存在,當輸入信號頻率達到一定程度時,它們會使得三極管的放大作用“大打折扣”,更糟糕的是,它還會因此引起額外的相位差。

a、

由于Cbe的存在,輸入信號源的內阻RS和XCbe形成了一個鮮為人知的分壓器,也可以看成是一個LPF,當輸入信號的頻率過高時,三極管基極的電位就會有所下降,此時電壓增益就隨之減小。

b、

由于Cbc的存在,當輸入信號的頻率過高時,Vout的一部分會經過Cbc反饋到基極,又因為此反饋信號和輸入信號有180°的相位差,所以,這樣也會降低基極的電位,電壓增益也由此下降。

(3)需明確把握三極管的截止頻率:

這個電路圖是一個等效過后的圖,其中CL是集電極到發射極、集電極到基極之間的結電容以及負載電容的等效電容。當輸入信號的頻率達到

時,三極管的增益開始迅速下降。為了很好地解決這個問題,就得花心思把CL盡量減小,由此,fH就可以更高一些。首先我們可以在設計電路時特意選擇那種極間電容值較小的三極管,也就是通常所說的RF晶體管;我們也可以減小RL的取值,但是這樣的話得付出代價:電壓增益將下降。

(4)三極管作為開關時需注意它的可靠性:

如同二極管那樣,三極管的發射結也會有0.7V左右的開啟電壓,在三極管用作開關時,輸入信號可能在低電平時(0.7V<Vin<2.4V)也會導致三極管導通,使得三極管的集電極輸出為低電平,這樣的情況在電路設計中是應該秒殺的。下圖是解決這個問題的一個辦法:

在這里,由于在基極人為接入了一個負電源VEE,這樣即使輸入信號的低電平稍稍大于零,也能夠使得三極管的基極為負電位,從而使得三極管可靠地截止,集電極就將輸出為我們所希望的高電平。

(5)需要接受一個事實:三極管的開關速度一般不盡人意。

由前所述得知,器件內部結電容的存在極大地限制了三極管的開關速度,但是我們還是可以想出一些辦法有效地改善一下它的不足的,下圖就提供了一個切實可行的方法:

從圖中可以看出,當輸入信號的上升時間很小(信號頻率很高)時,即dV/dt很大,則ZC很小,結果Ib非常大,以致三極管可以迅速地飽和或者截止,這自然也就提高了三極管的開關速度。

(6)應該明白射極跟隨器的原理:

射極跟隨器的一個最大好處就是它的輸入阻抗很高,因而帶負載能力也就加強了。但是在運用過程中還是得明白它的原理才行,否則可能會造成意外的“問題源”。下面介紹一下它的原理,對于這個電路而言,有如下方程式:

由此可以看出,連接在發射極的負載阻抗在基極看起來就像一個非常大的阻抗值,負載也就容易被信號源所驅動了。

這篇博文中主要是以共射電路為例來說明問題,以上所說的幾個問題只能當是“管中窺豹”了,因為三極管的使用注意事項實在太多,并非一篇博文能夠涵蓋得了的, 況且要好好把握三極管這個器件也并非易事,但是如果我們在實踐中有意識地不斷去體會、不斷去總結的話,三極管也將會為我們所熟用的。

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