电路设计中使用三极管需要注意的6个问题

hope123

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按照现代的制造工艺来说，根据不同的掺杂方式在同一个硅片上制造出三个掺杂区域，并形成两个PN结，由此就构成了一个晶体管。
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" `6 H) k3 r# m* b. G. ?% H# K% R晶体管最大的优点就是能够放大信号，它是放大电路的核心元件，能够控制能量的转换，将输入的任何微小变化量不失真地进行放大输出。
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以下是我们在电路设计中使用三极管时需要注意的几个问题，还是老样子——“看图说话”：

（1）需注意旁路电容对电压增益的影响：
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这个电路在国内各种模拟电路教材书上是司空见惯的了，也算比较经典的了。由于这个旁路电容的存在，在不同频率环境中会有不同的情况发生：

( G8 e. ^7 `; L/ Ma、当输入信号频率足够高时，XC将接近于零，即射极对地短路，此时共射的电压增益为：        

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b、当输入信号频率比较低时，XC将远大于零，即相当于开路，此时共射的电压增益为：        
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0 S" V2 Z' K! L; C1 }由此可以看出，在使用三极管设计电路时需要掂量旁路电容对电压增益带来的影响。
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（2）需注意三极管内部的结电容的影响：

由于半导体制造工艺的原因，三极管内部不可避免地会有一定容值的结电容存在，当输入信号频率达到一定程度时，它们会使得三极管的放大作用“大打折扣”，更糟糕的是，它还会因此引起额外的相位差。

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由于Cbe的存在，输入信号源的内阻RS和XCbe形成了一个鲜为人知的分压器，也可以看成是一个LPF，当输入信号的频率过高时，三极管基极的电位就会有所下降，此时电压增益就随之减小。

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由于Cbc的存在，当输入信号的频率过高时，Vout的一部分会经过Cbc反馈到基极，又因为此反馈信号和输入信号有180°的相位差，所以，这样也会降低基极的电位，电压增益也由此下降。
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, E7 C# E0 d. o! f（3）需明确把握三极管的截止频率：
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) m. }* G' U4 F  u( v/ x9 }8 ]" a: X这个电路图是一个等效过后的图，其中CL是集电极到发射极、集电极到基极之间的结电容以及负载电容的等效电容。当输入信号的频率达到
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时，三极管的增益开始迅速下降。为了很好地解决这个问题，就得花心思把CL尽量减小，由此，fH就可以更高一些。首先我们可以在设计电路时特意选择那种极间电容值较小的三极管，也就是通常所说的RF晶体管；我们也可以减小RL的取值，但是这样的话得付出代价：电压增益将下降。

' f* s- I1 @3 r0 Y$ d4 ]（4）三极管作为开关时需注意它的可靠性：

! H1 |9 E0 T7 U7 Z如同二极管那样，三极管的发射结也会有0.7V左右的开启电压，在三极管用作开关时，输入信号可能在低电平时（0.7V<Vin<2.4V）也会导致三极管导通，使得三极管的集电极输出为低电平，这样的情况在电路设计中是应该秒杀的。下图是解决这个问题的一个办法：
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/ B8 ~, p  @5 K! _在这里，由于在基极人为接入了一个负电源VEE，这样即使输入信号的低电平稍稍大于零，也能够使得三极管的基极为负电位，从而使得三极管可靠地截止，集电极就将输出为我们所希望的高电平。
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（5）需要接受一个事实：三极管的开关速度一般不尽人意。
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" S0 ?- U" e1 T) q  a; ^由前所述得知，器件内部结电容的存在极大地限制了三极管的开关速度，但是我们还是可以想出一些办法有效地改善一下它的不足的，下图就提供了一个切实可行的方法：


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5 P- l, |% P" K* Z从图中可以看出，当输入信号的上升时间很小（信号频率很高）时，即dV/dt很大，则ZC很小，结果Ib非常大，以致三极管可以迅速地饱和或者截止，这自然也就提高了三极管的开关速度。

+ D8 B( _% {, @  `' S) ~（6）应该明白射极跟随器的原理：

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. V5 y. {3 H6 M+ a- P射极跟随器的一个最大好处就是它的输入阻抗很高，因而带负载能力也就加强了。但是在运用过程中还是得明白它的原理才行，否则可能会造成意外的“问题源”。下面介绍一下它的原理，对于这个电路而言，有如下方程式：
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# n# \" G: A# E& f# J由此可以看出，连接在发射极的负载阻抗在基极看起来就像一个非常大的阻抗值，负载也就容易被信号源所驱动了。
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这篇博文中主要是以共射电路为例来说明问题，以上所说的几个问题只能当是“管中窥豹”了，因为三极管的使用注意事项实在太多，并非一篇博文能够涵盖得了的， 况且要好好把握三极管这个器件也并非易事，但是如果我们在实践中有意识地不断去体会、不断去总结的话，三极管也将会为我们所熟用的。
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plug

晶体管最大的优点就是能够放大信号，它是放大电路的核心元件，能够控制能量的转换，将输入的任何微小变化量不失真地进行放大输出。

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连接在发射极的负载阻抗在基极看起来就像一个非常大的阻抗值，负载也就容易被信号源所驱动了。

hope123

plug 发表于 2021-7-15 11:05
晶体管最大的优点就是能够放大信号，它是放大电路的核心元件，能够控制能量的转换，将输入的任何微小变化量 ...

是的，晶体管最大的优点就是能够放大信号。